RU2578268C1 - Infrared lens with variable focal distance - Google Patents

Infrared lens with variable focal distance Download PDF

Info

Publication number
RU2578268C1
RU2578268C1 RU2014143708/28A RU2014143708A RU2578268C1 RU 2578268 C1 RU2578268 C1 RU 2578268C1 RU 2014143708/28 A RU2014143708/28 A RU 2014143708/28A RU 2014143708 A RU2014143708 A RU 2014143708A RU 2578268 C1 RU2578268 C1 RU 2578268C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
image plane
meniscus
fixed position
component
Prior art date
Application number
RU2014143708/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Васильевич Вячин
Александр Васильевич Гринкевич
Original Assignee
Валерий Васильевич Вячин
Александр Васильевич Гринкевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Васильевич Вячин, Александр Васильевич Гринкевич filed Critical Валерий Васильевич Вячин
Priority to RU2014143708/28A priority Critical patent/RU2578268C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578268C1 publication Critical patent/RU2578268C1/en

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: lens includes, arranged on a beam path, a first positive meniscus facing the image plane with the concave surface, a second meniscus capable of moving on an optical axis, an aperture diaphragm and a third positive meniscus facing the image plane with the concave surface. The first and third menisci have an aspherical surface each. The second meniscus is negative and in a first fixed position faces the image plane with the convex surface, and in a second fixed position is turned 180° relative to the first fixed position. The optical power of the movable second component OS2 is: |OS2| ≥ OSlens.min, where OSlens.min is the minimum optical power of the lens.
EFFECT: reducing the number of lenses and widening the focal distance measurement range while maintaining a high aperture ratio and image quality.
1 dwg, 2 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к оптико-электронным приборам, работающим в дальней ИК-области спектра.The present invention relates to the field of optoelectronic technology and can be used as a lens for optoelectronic devices operating in the far infrared region of the spectrum.

Известен инфракрасный объектив (патент WO 99-59015 А1, опубл. 18.11.1999), имеющий два значения фокусного расстояния, содержащий расположенные по ходу лучей первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, вторую двояковогнутую линзу, третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, и четвертый положительный компонент, выполненный в виде положительного мениска, двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Фокусное расстояние изменяется в 2,5 раза путем перемещения второй и третьей линзы в одном направлении с двумя фиксированными положениями при светосиле 1:2,5. Инфракрасный объектив содержит три асферические поверхности - вторую поверхность первого мениска, вторую поверхность второй двояковогнутой линзы и последнюю поверхность шестой линзы объектива.Known infrared lens (patent WO 99-59015 A1, publ. 18.11.1999), having two focal lengths, containing located along the rays of the first positive meniscus facing concavity to the image plane, the second biconcave lens, the third positive meniscus facing concavity to image plane, and the fourth positive component, made in the form of a positive meniscus, a biconvex lens and a negative meniscus. The focal length is changed 2.5 times by moving the second and third lenses in the same direction with two fixed positions at aperture ratio of 1: 2.5. The infrared lens contains three aspherical surfaces - the second surface of the first meniscus, the second surface of the second biconcave lens and the last surface of the sixth lens of the lens.

Недостатком этого объектива является малая светосила, большое число линз из германия - шесть, что еще более снижает значение физической светосилы (с учетом светопропускания), и малый диапазон изменения фокусных расстояний - в 2,5 раза.The disadvantage of this lens is a small aperture, a large number of lenses from Germany - six, which further reduces the value of physical aperture (taking into account light transmission), and a small range of focal lengths - 2.5 times.

Наиболее близким по технической сущности является инфракрасный объектив с двумя фокусными расстояниями для работы в оптических системах тепловизоров (патент RU 2348954 С1, опубл. 10.03.2009), содержащий расположенные по ходу лучей первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, вторую двояковогнутую линзу, третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, и четвертый положительный компонент, выполненный в виде отрицательного и положительного менисков. Фокусное расстояние изменяется в три раза перемещением второй и третьей линзы в противоположных направлениях с двумя фиксированными положениями, при достаточно высоких значениях светосилы (1:1,1 и 1:1,5) и с применением сферических поверхностей.The closest in technical essence is an infrared lens with two focal lengths for working in optical systems of thermal imagers (patent RU 2348954 C1, publ. 10.03.2009), containing the first positive meniscus located along the rays, facing concavity to the image plane, the second biconcave lens, the third positive meniscus, facing concavity to the image plane, and the fourth positive component, made in the form of negative and positive menisci. The focal length is changed three times by moving the second and third lenses in opposite directions with two fixed positions, at fairly high aperture values (1: 1.1 and 1: 1.5) and with the use of spherical surfaces.

Число линз из германия в этом объективе уменьшено до пяти, а диапазон изменения фокусных расстояний увеличен до 3-х раз. Но такое улучшение также является недостаточным и не решает поставленную задачу.The number of germanium lenses in this lens has been reduced to five, and the range of focal lengths has been increased up to 3 times. But such an improvement is also insufficient and does not solve the task.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества линз до трех с одновременным увеличением диапазона изменения фокусных расстояний до 4-х раз с сохранением высокой светосилы и качества изображения, приемлемого для работы с современными матричными приемниками инфракрасного излучения.The objective of the present invention is to reduce the number of lenses to three while increasing the range of focal lengths up to 4 times while maintaining high aperture and image quality acceptable for working with modern matrix infrared receivers.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в инфракрасном объективе с переменным фокусным расстоянием, включающем расположенные по ходу луча первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его перемещения по оптической оси, апертурную диафрагму и третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, в отличие от известного первый и третий мениски содержат по одной асферической поверхности, второй мениск выполнен отрицательным, при этом в первом фиксированном положении обращен выпуклостью к плоскости изображений, а во втором фиксированном положении повернут на 180° относительно первого фиксированного положения и обращен вогнутостью к плоскости изображений, а оптическая сила перемещаемого второго компонента ОС2 составляет:The technical result due to the task is achieved by the fact that in the infrared lens with a variable focal length, including the first positive meniscus located along the beam, facing concavity to the image plane, the second meniscus with the ability to move along the optical axis, the aperture diaphragm and the third positive meniscus facing the concavity to the image plane, in contrast to the known first and third menisci contain one aspherical surface, the second meniscus is made negative, while in the first fixed position it is convex to the image plane, and in the second fixed position it is rotated 180 ° relative to the first fixed position and turned concavity to the image plane, and the optical power of the moved second component of OS 2 is:

Figure 00000001
Figure 00000001

где OCоб.min - минимальная оптическая сила объектива.where OC rev.min is the minimum optical power of the lens.

Перемещение второго компонента с его разворотом на 180° обеспечивает ступенчатое изменение фокусного расстояния, позволяющее реализовать два режима работы: режим поиска и режим опознавания (при меньшей и большей величине фокусного расстояния соответственно), что повышает эффективность поиска объектов по их тепловому излучению в дальней инфракрасной области спектра.Moving the second component with its rotation through 180 ° provides a stepwise change in the focal length, which allows for two operating modes: the search mode and the recognition mode (with a smaller and larger focal length, respectively), which increases the efficiency of searching for objects by their thermal radiation in the far infrared region spectrum.

Схема объектива показана на чертеже.A diagram of the lens is shown in the drawing.

Объектив содержит: первый по ходу луча компонент - положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к плоскости изображения, второй компонент - отрицательный мениск 2, обращенный выпуклостью к плоскости изображений, апертурную диафрагму 3, третий компонент - положительный мениск 4, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, плоскость изображений 5. При этом у менисков 1 и 4 поверхности R2 и R5 - асферические, а мениск 2 имеет возможность установки в положениях «а» и «б», где в положении «б» он повернут на 180° и обращен выпуклостью к предмету, а его оптическая сила равна -41,77 при оптической силе «OCоб.min» объектива 16,67. Все мениски выполнены из Ge.The lens contains: the first component along the beam - the positive meniscus 1, facing concavity to the image plane, the second component - the negative meniscus 2, convex to the image plane, the aperture diaphragm 3, the third component - the positive meniscus 4, facing the concavity to the image plane, plane 5. In this case, on menisci 1 and 4, the surfaces R2 and R5 are aspherical, and meniscus 2 has the ability to be installed in positions “a” and “b”, where in position “b” it is rotated 180 ° and convex to the object, a e of the optical power is equal to -41.77 when the optical power of «OC ob.min" Lens 16.67. All menisci are made of Ge.

Конструктивные данные при положении второго компонента в поз. 2а и при фокусном расстоянии объектива 15 мм приведены в таблице 1.Design data for the position of the second component in pos. 2a and with a focal length of the lens of 15 mm are shown in table 1.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Примечания:Notes:

1. * - асферическая поверхность, R0=57,41, коническая постоянная K=0,07.1. * - aspherical surface, R 0 = 57.41, conical constant K = 0.07.

3. ** - асферическая поверхность, R0=38,46, коническая постоянная K=-0,7.3. ** - aspherical surface, R 0 = 38.46, conical constant K = -0.7.

При перемещении второго компонента в положение «б» с его одновременным разворотом на 180°, фокусное расстояние объектива становится равным 60 мм. Конструктивные данные при таком положении приведены в таблице 2.When you move the second component to position "b" with its simultaneous rotation of 180 °, the focal length of the lens becomes 60 mm. Design data at this position are shown in table 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, параметры вариантов исполнения объектива:Thus, the parameters of the lens options:

- расчетная длина волны- estimated wavelength 10,6 мкм;10.6 microns; - рабочий спектральный диапазон- working spectral range 8,0…14,0 мкм;8.0 ... 14.0 microns; - фокусное расстояние- focal length 15 и 60 мм;15 and 60 mm; - фокусное расстояние подвижного компонента- focal length of the moving component 23,9 мм;23.9 mm; - задний фокальный отрезок- back focal segment 27,7 мм;27.7 mm; - линейное поле зрения- linear field of view 9,0 мм;9.0 mm; - относительное отверстие- relative hole 1:1,32.1: 1.32.

Принцип действия объектива заключается в следующем.The principle of the lens is as follows.

Первый компонент 1, апертурная диафрагма 3, третий компонент 4 и плоскость изображений 5 неподвижны.The first component 1, the aperture diaphragm 3, the third component 4 and the image plane 5 are motionless.

Второй компонент 2, установленный с возможностью перемещения вдоль оптической оси и с возможностью его разворота на 180°, имеет отрицательную оптическую силу OC2, которая составляет:The second component 2, installed with the possibility of movement along the optical axis and with the possibility of its rotation through 180 °, has a negative optical power OC 2 , which is:

Figure 00000005
Figure 00000005

где OCоб.min - минимальная оптическая сила объектива.where OC rev.min is the minimum optical power of the lens.

Второй компонент, поворачиваясь, занимает два фиксированных положения «а» и «б», при которых изображение апертурной диафрагмы 3, установленной перед третьим компонентом 4, строится в пространстве предметов как входной зрачок оптической системы с разным диаметром для каждого фиксированного положения второго компонента 2.The second component, turning, occupies two fixed positions “a” and “b”, in which the image of the aperture diaphragm 3 installed in front of the third component 4 is constructed in the space of objects as the entrance pupil of the optical system with a different diameter for each fixed position of the second component 2.

В таком случае оптическая система при двух фиксированных положениях второго компонента («а» и «б») обладает разными фокусными расстояниями с одинаковым положением фокальной плоскости и с одинаковой светосилой. Использование осевой подвижки второго компонента 2 с его одновременным разворотом на 180° позволяет увеличить диапазон изменений фокусного расстояния и уменьшить количество линз.In this case, the optical system with two fixed positions of the second component ("a" and "b") has different focal lengths with the same position of the focal plane and with the same aperture. Using the axial movement of the second component 2 with its simultaneous 180 ° rotation allows you to increase the range of changes in the focal length and reduce the number of lenses.

Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:Setting the quality criterion - the value of the polychromatic contrast transfer coefficient (CPC) and taking into account:

- толщину защитного стекла фотоприемника, равную 1,0 мм;- the thickness of the protective glass of the photodetector, equal to 1.0 mm;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива -1,0 на длине волны 8 мкм, 1,0 на длине волны 10,6 мкм, 1,0 на длине волны 14 мкм;- spectral efficiency at wavelengths taking into account the sensitivity of the photodetector and the light transmission of the lens -1.0 at a wavelength of 8 μm, 1.0 at a wavelength of 10.6 μm, 1.0 at a wavelength of 14 μm;

- пространственную частоту 30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм), получаем следующие расчетные значения качественных характеристик объектива.- spatial frequency of 30 lines / mm (Nyquist frequency for a photodetector with a sensor element size equal to 17 μm), we obtain the following calculated values of the qualitative characteristics of the lens.

При положении подвижной линзы, соответствующему fоб.мин.=15 мм:When the position of the movable lens corresponding to f rpm = 15 mm:

- для точки на оси (дифракционное качество)- for a point on the axis (diffraction quality) КПК=45,1%PDA = 45.1% - для точки на оси (аберрационное качество)- for a point on the axis (aberration quality) КПК=40,5%PDA = 40.5% - для точки поля 3 мм от центра- for a field point 3 mm from the center   изображенияImages КПКм=35,4%CPC m = 35.4%   КПКс=39,7%PDA with = 39.7% - для точки поля 4,5 мм от центра- for a field point of 4.5 mm from the center   изображенияImages КПКм=34,7%CPC m = 34.7%   КПКс=33,1%PDA with = 33.1%

При положении подвижной линзы, соответствующему fоб.макс.=60 мм:With the position of the movable lens corresponding to f rev.max. = 60 mm:

- для точки на оси (дифракционное качество)- for a point on the axis (diffraction quality) КПК=45,1%PDA = 45.1% - для точки на оси (аберрационное качество)- for a point on the axis (aberration quality) КПК=31,3%PDA = 31.3% - для точки поля 3 мм от центра- for a field point 3 mm from the center   изображенияImages КПКм=30,2%CPC m = 30.2%   КПКс=30,6%PDA with = 30.6% - для точки поля 4,5 мм от центра- for a field point of 4.5 mm from the center   изображенияImages КПКм=23,6%CPC m = 23.6%   КПКс=29,2%PDA with = 29.2%

Как видно из расчетов, инфракрасный объектив, при простоте его конструкции, обеспечивает ступенчатое изменение фокусного расстояния и близкое к дифракционному приемлемое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемников микроболометрические матрицы с размером пикселя до 17 мкм.As can be seen from the calculations, the infrared lens, with its simplicity of design, provides a stepwise change in focal length and acceptable image quality close to diffraction for optoelectronic devices using microbolometric matrices with pixel sizes up to 17 μm as photodetectors.

Claims (1)

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием, включающий расположенные по ходу луча первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его перемещения по оптической оси, апертурную диафрагму и третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, отличающийся тем, что первый и третий мениски содержат по одной асферической поверхности, второй мениск выполнен отрицательным, при этом в первом фиксированном положении обращен выпуклостью к плоскости изображений, а во втором фиксированном положении повернут на 180° относительно первого фиксированного положения и обращен вогнутостью к плоскости изображений, а оптическая сила перемещаемого второго компонента ОС2 составляет:
|ОС2| ≥ ОСоб.min,
где ОСоб.min - минимальная оптическая сила объектива. Infrared lens with variable focal length, including the first positive meniscus located along the beam, facing concavity to the image plane, the second meniscus with the ability to move along the optical axis, the aperture diaphragm and the third positive meniscus facing concavity to the image plane, characterized in that the first and the third meniscus contains one aspherical surface, the second meniscus is negative, while in the first fixed position it is convex to the plane images, and in the second locked position turned through 180 ° relative to the first fixed position and a concavity facing towards the image plane, and the optical power of the second movable component 2 is OS:
| OS 2 | ≥ OS rev.min ,
where OS rev.min is the minimum optical power of the lens.
RU2014143708/28A 2014-10-30 2014-10-30 Infrared lens with variable focal distance RU2578268C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014143708/28A RU2578268C1 (en) 2014-10-30 2014-10-30 Infrared lens with variable focal distance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014143708/28A RU2578268C1 (en) 2014-10-30 2014-10-30 Infrared lens with variable focal distance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2578268C1 true RU2578268C1 (en) 2016-03-27

Family

ID=55656568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014143708/28A RU2578268C1 (en) 2014-10-30 2014-10-30 Infrared lens with variable focal distance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578268C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641513C2 (en) * 2016-04-15 2018-01-17 Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод"(ПАО "РОМЗ") Infrared lens with variable focal distance
RU2697940C1 (en) * 2018-12-10 2019-08-21 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") Infrared lens with discrete change of focal distance

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3083628A (en) * 1959-12-14 1963-04-02 Yashica Co Ltd Camera
EP0463220A1 (en) * 1989-06-06 1992-01-02 Josef-Ferdinand Dipl.-Ing. Menke Optical lens arrangement for obtaining three angular magnifications by rotating a system of lenses
US5600491A (en) * 1995-04-28 1997-02-04 Hughes Electronics Thermal imaging system for a military vehicle
EP1519232A2 (en) * 2003-09-29 2005-03-30 Fuji Photo Film Co., Ltd. Optical device and exposure device equipped with said optical device
RU139664U1 (en) * 2013-11-01 2014-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") INFRARED LENS WITH TWO FIELDS OF VISION

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3083628A (en) * 1959-12-14 1963-04-02 Yashica Co Ltd Camera
EP0463220A1 (en) * 1989-06-06 1992-01-02 Josef-Ferdinand Dipl.-Ing. Menke Optical lens arrangement for obtaining three angular magnifications by rotating a system of lenses
US5600491A (en) * 1995-04-28 1997-02-04 Hughes Electronics Thermal imaging system for a military vehicle
EP1519232A2 (en) * 2003-09-29 2005-03-30 Fuji Photo Film Co., Ltd. Optical device and exposure device equipped with said optical device
RU139664U1 (en) * 2013-11-01 2014-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") INFRARED LENS WITH TWO FIELDS OF VISION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641513C2 (en) * 2016-04-15 2018-01-17 Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод"(ПАО "РОМЗ") Infrared lens with variable focal distance
RU2697940C1 (en) * 2018-12-10 2019-08-21 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") Infrared lens with discrete change of focal distance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103823294B (en) There is the continuous vari-focus medium-wave infrared optical system of overlength focal length
RU2630195C1 (en) Infrared telephoto lens with two vision fields
RU2611100C1 (en) High-aperture lens
RU2615162C1 (en) Four-mirror-lens optical system
RU2541420C1 (en) Infrared lens with two fields of view
TWI624682B (en) Four-surface narrow field-of-view compound lens
RU2578268C1 (en) Infrared lens with variable focal distance
RU2365952C1 (en) Infrared objective
RU2411556C1 (en) Large-aperture lens
RU2678957C1 (en) Wide-angle high-power infrared lens
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
WO2018236344A1 (en) Wide angle mwir f-theta lens
RU149238U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE WITH TWO FIELDS OF VISION
US20160116719A1 (en) Compact multispectral wide angle refractive optical system
RU2628372C1 (en) Wide-angle lens
RU2641513C2 (en) Infrared lens with variable focal distance
RU2645912C1 (en) High-aperture lens
RU163268U1 (en) TWO-LENS LENS
RU2577082C1 (en) Apochromatic athermal lens (versions)
RU2586273C1 (en) High-aperture lens
RU2624658C1 (en) Infrared system with two vision fields
RU2635810C1 (en) Photographic lens
RU2617173C2 (en) Three-channel mirror-lens optical system
RU2662032C1 (en) Photographic telephoto lens
RU2711627C1 (en) High-aperture lens for near ir spectral range

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171031