RU170736U1 - Светосильный объектив для инфракрасной области спектра - Google Patents
Светосильный объектив для инфракрасной области спектра Download PDFInfo
- Publication number
- RU170736U1 RU170736U1 RU2016146845U RU2016146845U RU170736U1 RU 170736 U1 RU170736 U1 RU 170736U1 RU 2016146845 U RU2016146845 U RU 2016146845U RU 2016146845 U RU2016146845 U RU 2016146845U RU 170736 U1 RU170736 U1 RU 170736U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- lenses
- image
- convex
- meniscus
- Prior art date
Links
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 title 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 5
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Объектив может быть использован в тепловизионных приборах. Объектив содержит четыре мениска, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй – отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий - положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, четвертый - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.Радиусы кривизны поверхностей линз и расстояния между линзами удовлетворяют условиям:где dd- расстояния между первой и второй и второй и третьей линзами соответственно; R÷R- радиусы кривизны линз, пронумерованные по ходу луча; f' - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива. Технический результат - увеличение относительного отверстия и углового поля зрения при обеспечении высокого качества изображения по всему полю. 4 ил., 1 прилож.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в тепловизионных приборах, приемники которых чувствительны в инфракрасной (ИК) области спектра, в частности в диапазоне спектра 8-14 мкм.
Системы, работающие в области спектра 8-14 мкм, позволяют наблюдать объекты, температура излучения которых составляет -50÷50°С, что соответствует излучению в диапазоне 8-14 мкм.
К объективам, работающим в диапазоне спектра 8-14 мкм, предъявляются следующие требования:
1. Сверхвысокое относительное отверстие, составляющее D:F=1:0.8÷1:1.
Это требование обусловлено тем, что яркость излучающих естественных объектов низка, а чувствительность используемых современных приемников (болометрических матриц) - мала.
2. Угловое поле должно быть не менее 20°.
3. Высокое, близкое к дифракционному, качество изображения. Размер элемента матрицы составляет Q=25×25 мкм. Для ИК тепловизионных приборов необходимо, чтобы в размере пикселя величина концентрации энергии η составляла не менее 75%, при том, что безаберрационная идеальная система дает η=89÷90%.
Для тепловизоров, формирующих изображение объектов конечных размеров, необходимо чтобы значение контраста изображения синусоидальной миры на частоте Найквиста υ=1/2Q=20 лин/мм было не менее 0,6.
4. Характеристики качества изображения должны быть постоянны по всему полю изображения объектива. Особенно это требование важно для приборов обнаружения и слежения за удаленными объектами малых размеров. Это требование предполагает также:
- отсутствие виньетирования полевых лучей;
- близкий к телецентрическому ход главных лучей.
Выполнение перечисленных требований обеспечивает постоянство энергетических характеристик объектива по всему полю изображения.
5. Минимальное количество линзовых элементов.
Материал, применяемый обычно в ИК объективах, - оптический германий - имеет большой удельный вес, равный 5.33 г/см3. Кроме того, германий - достаточно дорогой материал. Минимизация количества линзовых элементов позволяет снизить вес объектива и его стоимость.
6. Габаритные параметры включают в себя требование, определяемое конструкцией приемника, чтобы задний фокальный отрезок S'f' удовлетворял условию S'f'≥10 мм, что для малых значений фокусного расстояния f' объективов составляет S'f'≥0,5÷1,0 f'
Кроме того, желательно, чтобы длина объектива не превышала 2÷2,5 f'.
7. Важной проблемой создания ИК объективов с использованием германия является значительное изменение его показателя преломления при изменении температуры. Это вызывает ухудшение качества изображения. Конструкция оптической схемы, а также выбор оптических сил линзовых компонентов должны минимизировать влияние изменения температуры на качество изображения.
Создание оптической системы светосильного объектива для ИК тепловизоров становится актуальной задачей.
Известны конструкции оптических схем объективов, удовлетворяющие многим из вышеперечисленных требований и состоящие из 4 линз. Например, объектив [1] имеет относительное отверстие невысокое (D:F<1:1.65), угловое поле зрения 2ω=10° с низким качеством изображения (поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для ω=5° равна 0.49 мм, астигматизм - 0.22 мм).
В объективах со сферическими поверхностями линз, в целях обеспечения требуемого уровня качества изображения обычно приходится снижать относительное отверстие или вводить виньетирования для полевых точек поля [2, 3 и 4].
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светосильный ИК объектив [5]. Объектив состоит из 4 линз, первая из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - плосковогнутая отрицательная линза, обращенная плоской поверхностью к изображению, третья линза - плосковыпуклая, обращенная плоскостью к предмету, а четвертая линза - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.
Объектив имеет следующие характеристики:
- фокусное расстояние f'=51 мм,
- относительное отверстие D:F=1:1.65,
- угловое поле зрения 2ω=18°,
- задний фокальный отрезок S'=45.23,
- поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для углового поля ω=9° равна 0.081 мм, астигматизм - 0.014 мм, дисторсия - 5%,
- все линзы выполнены из германия.
К недостаткам указанного объектива можно отнести:
- низкое относительное отверстие (1:1,65);
- малое угловое поле зрения 2ω=18°;
- низкое качество изображения по полю: указанные выше величины аберраций приведут к недопустимо малым значениям концентрации энергии в квадрате, соответствующем пикселю приемника.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение относительного отверстия и углового поля зрения при обеспечении высокого качества изображения по всему полю.
Для решения поставленной задачи предлагается светосильный объектив для инфракрасной области спектра, который, как и прототип, состоит из четырех линз, первая из которых выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательная, третья линза - положительная, четвертая -положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.
В отличие от прототипа, в предлагаемом светосильном объективе для ИК области спектра вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третья положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, при этом радиусы кривизны (R) поверхностей линз и расстояния(d) между линзами удовлетворяют условиям:
где d1, d2 - расстояния между первой и второй и второй и третьей линзами соответственно;
R1÷R8 - радиусы кривизны линз, пронумерованные по ходу луча;
f - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем. Аберрации оптической системы характеризуются аберрационными коэффициентами III порядка - коэффициентами Зейделя: SI (сферическая аберрация), SII (кома), SIII (астигматизм), SIV (кривизна изображения), SV (дисторсия). Для высококачественных объективов значения коэффициентов близки к нулю.
Выполнение второй линзы в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и обеспечение условий (1) и (3) приводит к тому, что первая и вторая линзы располагаются вогнутыми поверхностями навстречу друг другу. В этом случае сферическая аберрация первых двух линз SI(1,2) имеет значение менее (-2.0), кома SII(1,2) положительная и равна ≈(0.1÷0.15), величины астигматизма SIII(1,2) и кривизны изображения SIV(1,2) разных знаков и не превышают значений (-0.05), дисторсия SV(1,2) отрицательная и не более (0.05÷0.11).
Выполнение третьей линзы в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и обеспечение соотношений (2) и (4) приводит к тому, что третья и четвертая линзы располагаются выпуклыми поверхностями навстречу друг другу. В этом случае коэффициенты аберраций двух последних линз принимают значения близкие по величине и противоположные по знакам первой и второй линз: SI(3,4)=+(2÷2.5), SII(3,4)=-(0.1÷0.15), SIII(3,4)=-SIV(3,4)=-0.15, SV(3,4)=+(0.05÷0.1).
Таким образом, аберрации первых двух линз компенсируются аберрациями третьей и четвертой линз. Кроме того, полученные соотношения радиусов линз и воздушных промежутков позволили минимизировать аберрации высших порядков и, тем самым, обеспечить высокое относительное отверстие.
Важными достоинствами предлагаемого объектива являются:
- Большой задний отрезок S'F'≥(0.6÷0.7)f', полученный за счет выбранных воздушных промежутков и выполнения второй линзы в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью в сторону изображения.
- Обеспечение близкого к телецентрическому хода главных лучей в пространстве изображений, и тем самым, получение равномерной освещенности по всему полю, за счет совмещения входного зрачка с передней фокальной плоскостью объектива.
- Минимизация рассеянного освещения приемника, обусловленного отражением от последней поверхности объектива (радиуса R8) излучения, источником которого является самоизлучение матрицы приемника, за счет значения радиуса R8, превышающего задний отрезок S'F'.
Иллюстрацией предлагаемой полезной модели является светосильный объектив для ИК области спектра, состоящий из четырех линз, выполненных из германия, работающий в диапазоне спектра λ=8÷12.5 мкм со следующими параметрами:
- Относительное отверстие D:F=1:0.8,
- Угловое поле зрения 2ω=25°,
- Задний фокальный отрезок S'F'≥0.75f',
- Телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений,
- Длина объектива (L) - расстояние от первой поверхности первой линзы до фокальной плоскости L≤2.2f',
- Качество изображения:
- Концентрация энергии в размере пикселя (25×25)мкм
в центре поля | ≥0.8 |
на краю поля | ≥0.7 |
- КПМ на частоте 20 мм-1
в центре поля | ≥70% |
на краю поля | ≥52% |
- Поперечная аберрация широкого наклонного пучка на краю поля
в меридиональном сечении | ≤0.03 мм |
в сагиттальном сечении | ≤0.02 мм |
Таким образом, предлагаемый объектив при одинаковом с прототипом количестве линз обеспечивает существенно лучшие параметры объектива (относительное отверстие, угловое поле, задний фокальный отрезок) при высоком качестве изображения.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 - представлена оптическая схема объектива, и Приложением, в котором приведены конструктивные параметры и оптические характеристики конкретного образца и чертежи, где на фиг. 2. - представлены графики поперечных аберраций, на фиг. 3 - представлены графики аберраций главных лучей, на фиг. 4 - представлены графики концентрации энергии в квадрате размером 25×25 мкм.
Светосильный объектив для инфракрасной области спектра состоит из четырех менисковых линз 1, 2, 3 и 4, первая из которых 1 выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, вторая отрицательная линза 2 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третья положительная линза 3 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертая положительная линза 4 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к предмету.
Линзы 3 и 4 выполнены с положительными оптическими силами и обращены выпуклостями друг к другу, кроме того, линза 2 установлена на расстоянии d1 от линзы 1, а линза 3 на расстоянии d2 от линзы 2, при этом выполняются следующие соотношения:
где d1, d2 - расстояния между первой и второй и второй и третьей линзами соответственно,
f' - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива.
Отношения радиусов кривизны поверхностей R1 R2 для линзы 1, R3, R4 для второй, R5, R6 для третьей, R7, R8 для четвертой линз удовлетворяет соотношениям:
Апертурная диафрагма 5, расположенная на второй поверхности первой линзы, находится вблизи переднего фокуса объектива.
Работа объектива осуществляется следующим образом:
Параллельный пучок излучения от удаленного объекта фокусируется в заднем фокусе мениска 1, отрицательный мениск 2 переносит его в пространство объекта мениска 3, и далее мениски 3 и 4 перепроектируют его в плоскость изображения, совпадающую с задним фокусом F' всего объектива.
В Приложении приведен объектив со следующими параметрами:
- Относительное отверстие | D:F=1:0.8, |
- Угловое поле зрения | 2ω=25°, |
- Фокусное расстояние | f'=28.0 |
Таким образом, предлагаемый объектив обеспечивает существенно лучшие параметры объектива - увеличение относительного отверстия и углового поля зрения при обеспечении высокого качества изображения по всему полю.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Российская Федерация, авторское свидетельство №1714562, МПК: G02B 13/34, 1992 г.
2. США, патент №6292293, МПК: G02В 1/00, 2001 г.
3. США, патент №6236501, МПК: G02В 1/00, 2002 г.
4. Российская Федерация, патент №2187135, МПК: G02В 13/34, 2002 г.
5. Российская Федерация, патент №2183340, МПК: G02В 13/34, 2002 г. - прототип.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Фокусное расстояние, мм: | F'=28.00 |
Диафрагменное число: | F'/D=0.80 |
Диаметр входного зрачка, мм: | Dp=35.00 |
Положение входного зрачка, мм: | Sp=0.80 |
Диаметр выходного зрачка, мм: | D'p=106.84 |
Положение выходного зрачка, мм: | S'p=92.25 |
Линейная величина изображения, мм: | 2у'=12.00 |
Угловое поле зрения: | 2ω=24.50° |
Спектральный диапазон, мкм: | λ=8.0÷12.5 |
Claims (8)
- Светосильный объектив для инфракрасной области спектра, содержащий последовательно установленные четыре линзы, первая из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательная линза, третья - положительная линза, четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, отличающийся тем, что вторая отрицательная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, третья положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостью к изображению, при этом радиусы кривизны (R) поверхностей линз и расстояния (d) между линзами удовлетворяют условиям:
- где d1, d2 - расстояния между первой и второй и второй и третьей линзами соответственно;
- R1÷R8 - радиусы кривизны линз, пронумерованные по ходу луча;
- f' - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016146845U RU170736U1 (ru) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016146845U RU170736U1 (ru) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU170736U1 true RU170736U1 (ru) | 2017-05-04 |
Family
ID=58697206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016146845U RU170736U1 (ru) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU170736U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184257U1 (ru) * | 2018-07-18 | 2018-10-19 | Акционерное общество "ЛОМО" | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра |
RU2678938C1 (ru) * | 2018-01-25 | 2019-02-04 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ | Атермализированный объектив для ИК-области спектра |
RU2779740C1 (ru) * | 2021-03-23 | 2022-09-13 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Инфракрасный объектив |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2183340C1 (ru) * | 2000-10-18 | 2002-06-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Светосильный объектив |
JP2005062559A (ja) * | 2003-08-15 | 2005-03-10 | Fujinon Corp | 赤外線カメラ用レンズ |
RU2403598C1 (ru) * | 2009-02-25 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" | Светосильный объектив для тепловизора |
RU115514U1 (ru) * | 2012-01-11 | 2012-04-27 | Татьяна Николаевна Хацевич | Объектив для ик-области спектра |
RU154577U1 (ru) * | 2015-04-07 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптическое Расчетное Бюро" | Светосильный объектив для ик-области спектра |
-
2016
- 2016-11-29 RU RU2016146845U patent/RU170736U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2183340C1 (ru) * | 2000-10-18 | 2002-06-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Светосильный объектив |
JP2005062559A (ja) * | 2003-08-15 | 2005-03-10 | Fujinon Corp | 赤外線カメラ用レンズ |
RU2403598C1 (ru) * | 2009-02-25 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" | Светосильный объектив для тепловизора |
RU115514U1 (ru) * | 2012-01-11 | 2012-04-27 | Татьяна Николаевна Хацевич | Объектив для ик-области спектра |
RU154577U1 (ru) * | 2015-04-07 | 2015-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптическое Расчетное Бюро" | Светосильный объектив для ик-области спектра |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2678938C1 (ru) * | 2018-01-25 | 2019-02-04 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ | Атермализированный объектив для ИК-области спектра |
RU184257U1 (ru) * | 2018-07-18 | 2018-10-19 | Акционерное общество "ЛОМО" | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра |
RU2779740C1 (ru) * | 2021-03-23 | 2022-09-13 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Инфракрасный объектив |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20170016714A (ko) | 촬상렌즈 | |
KR20160068504A (ko) | 촬상 광학계 | |
US20190049705A1 (en) | Two-color very wide field of view refractive eyepiece-type optical form | |
KR101838988B1 (ko) | 광시야 비열화 적외선 렌즈모듈 | |
RU156006U1 (ru) | Атермализованный объектив для ик области спектра | |
KR20180067216A (ko) | 촬상 광학계 | |
KR20180072975A (ko) | 촬상 광학계 | |
RU170736U1 (ru) | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра | |
TWI622792B (zh) | 成像鏡頭 | |
CN104330867A (zh) | 用于电视波段的大口径小f数光学*** | |
JP6879723B2 (ja) | カタディオプトリック光学系、撮像装置および人工衛星 | |
RU191911U1 (ru) | Проекционный светосильный объектив | |
RU193226U1 (ru) | Атермализованный объектив для инфракрасной области спектра | |
RU2678957C1 (ru) | Широкоугольный светосильный инфракрасный объектив | |
RU82875U1 (ru) | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра | |
RU163268U1 (ru) | Двухлинзовый объектив | |
RU184257U1 (ru) | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра | |
RU162318U1 (ru) | Двухлинзовый объектив | |
KR101554130B1 (ko) | 고해상도 광시야각 원적외선 광학계 | |
RU155281U1 (ru) | Светосильный широкоугольный объектив | |
RU66557U1 (ru) | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра | |
RU2672703C1 (ru) | Двухканальная зеркально-линзовая система | |
RU2646405C1 (ru) | Инфракрасная зеркально-линзовая система | |
KR101730030B1 (ko) | 적외선 렌즈모듈 | |
RU2421764C1 (ru) | Объектив для видимой и ближней ик-области спектра |