RU2629888C1 - High-aperture lens for infrared spectrum region - Google Patents

High-aperture lens for infrared spectrum region Download PDF

Info

Publication number
RU2629888C1
RU2629888C1 RU2016120461A RU2016120461A RU2629888C1 RU 2629888 C1 RU2629888 C1 RU 2629888C1 RU 2016120461 A RU2016120461 A RU 2016120461A RU 2016120461 A RU2016120461 A RU 2016120461A RU 2629888 C1 RU2629888 C1 RU 2629888C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
meniscus
curvature
radii
field
Prior art date
Application number
RU2016120461A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Васильевич Вазагов
Original Assignee
Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита"
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 Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" filed Critical Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита"
Priority to RU2016120461A priority Critical patent/RU2629888C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629888C1 publication Critical patent/RU2629888C1/en

Links

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 -
    • G02B9/04—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
    • G02B9/06—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only two + components

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: lens contains two single positive menisci facing the plane of objects with convexity. The second surface of the first meniscus is aspheric. Menisci are made from germanium. The ratios are performed: R1=(1.04÷1.26)F; R2=(1.03÷1.62)F; R3=(0.5÷0.79)F; R4=(0.59÷0.98)F, where R1, R2 - the radii of curvature, respectively of the first and the second surfaces of the first meniscus, R3, R4 - the radii of curvature, respectively, of the first and the second surfaces of the second meniscus, F - the lens focal length. To focus the lens at a finite distance and to compensate for the displacement of the image plane in the temperature range from minus 40°C to 50°C, the second meniscus or the entire lens is made movable along the optical axis.
EFFECT: increasing the view field of the lens while maintaining high image quality.
3 cl, 4 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной области спектра, и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе матричных фотоприемных устройств с линейным полем зрения 6,528×4,896 мм (диагональ 8,16 мм), чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм.The invention relates to the field of optical instrumentation, and in particular to lenses for the infrared region of the spectrum, and can be used in thermal imagers built on the basis of matrix photodetector devices with a linear field of view of 6.528 × 4.896 mm (diagonal of 8.16 mm), sensitive in the spectral range from 8 to 12 microns.

К объективам, предназначенным для работы в составе наблюдательных тепловизионных приборов, предъявляются повышенные требования к полю зрения, а к объективам, предназначенным, например, для прицелов, повышенные требования к качеству изображения в центре поля зрения.For lenses designed to work as part of observational thermal imaging devices, increased requirements are imposed on the field of view, and for lenses intended, for example, for sights, increased requirements for image quality in the center of the field of view.

Известен светосильный объектив по патенту РФ №126479 от 07.11.2012 г., МПК G02B 13/14. Объектив состоит из двух последовательно установленных по ходу лучей одиночных положительных менисков, выполненных из германия, обращенных выпуклостью к предмету. Все оптические поверхности выполнены сферическими и выполняются условия: 0<dв<0,2f'; 2<R1/'f<4,5; 0,5<R3/f'<1; 4<R2/f'<8; 0,7<R4/f'<2; где: R1, R2, R3, R4 - - радиусы кривизны первой, второй, третьей и четвертой оптических поверхностей; dв - воздушный промежуток между двумя линзами; f - фокусное расстояние всего объектива.Known fast lens according to the patent of the Russian Federation No. 126479 dated 11/07/2012, IPC G02B 13/14. The lens consists of two sequentially installed along the rays of a single positive meniscus made of germanium, convex to the object. All optical surfaces are spherical and the following conditions are satisfied: 0 <d at <0.2f '; 2 <R 1 / 'f <4.5; 0.5 <R 3 / f '<1; 4 <R 2 / f '<8; 0.7 <R 4 / f '<2; where: R 1 , R 2 , R 3 , R 4 - are the radii of curvature of the first, second, third and fourth optical surfaces; d in - the air gap between the two lenses; f is the focal length of the entire lens.

Недостатком объектива является узкое поле зрения: 2,8 градуса.The disadvantage of the lens is a narrow field of view: 2.8 degrees.

Известен объектив по патенту США №3992078 от 06.05.1975 г., опубл. 16.11.1976 г., МПК G02B 3/00, состоящий из двух простых положительных линз, причем, каждая линза может быть выполнена либо в виде выпуклоплоской линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, либо в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости предметов.Known lens for US patent No. 3992078 from 05/06/1975, publ. 11/16/1976, IPC G02B 3/00, consisting of two simple positive lenses, each lens can be either a convex flat lens convex to the plane of objects or a positive meniscus convex to the plane of objects.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению - прототипом - является вариант объектива по вышеуказанному патенту США №3992078, содержащий два одиночных положительных мениска, обращенных выпуклостью к плоскости предметов, выполненных из германия, в котором вторая поверхность первого мениска выполнена асферической. Мениски отстоят друг от друга по оси на расстоянии от 0,8F до 1,2F, где F - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива. Радиус кривизны первой по ходу лучей поверхности первого мениска R1 составляет более 5F и менее 15F. Радиус кривизны R3 первой по ходу лучей поверхности второго мениска составляет более 2F и менее 5F. Радиусы кривизны вторых поверхностей менисков R2 и R4 - более 50F. Толщины по оси менисков могут быть менее 0,05F, заднее фокусное расстояние объектива более 0,5F и менее 2F.The closest analogue to the claimed technical solution - the prototype - is a variant of the lens according to the above US patent No. 3992078, containing two single positive menisci, convex to the plane of objects made of germanium, in which the second surface of the first meniscus is aspherical. Menisci are spaced apart from each other along an axis at a distance from 0.8F to 1.2F, where F is the equivalent focal length of the entire lens. The radius of curvature of the first along the rays of the surface of the first meniscus R 1 is more than 5F and less than 15F. The radius of curvature R 3 the first along the rays of the surface of the second meniscus is more than 2F and less than 5F. The radii of curvature of the second surfaces of the menisci R 2 and R 4 are more than 50F. The thicknesses along the meniscus axis can be less than 0.05F, the rear focal length of the lens is more than 0.5F and less than 2F.

Недостатком указанного объектива также является узкое поле зрения. Поле зрения объектива с относительным отверстием 1:1 составляет 4 градуса, а с относительным отверстием 1:1,5 - 8 градусов.The disadvantage of this lens is also a narrow field of view. The field of view of a lens with a relative aperture of 1: 1 is 4 degrees, and with a relative aperture of 1: 1.5 - 8 degrees.

Техническая проблема заключается в получении следующего технического результата: увеличение поля зрения объектива при сохранении высокого качества изображения.The technical problem is to obtain the following technical result: increasing the field of view of the lens while maintaining high image quality.

Указанный технический результат достигается следующим образом. Объектив для инфракрасной области спектра, как и прототип, содержит два оптически связанных одиночных положительных мениска, выполненных из германия, обращенных выпуклыми поверхностями к плоскости предметов. Вторая поверхность первого мениска выполнена асферической. В отличие от прототипа радиусы кривизны поверхностей менисков удовлетворяют следующим соотношениям: R1=(1,04÷1,26)F; R2=(1,03÷1,62)F; R3=(0,5÷0,79)F; R4=(0,59÷0,98)F, где R1, R2 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей первого мениска, R3, R4 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей второго мениска, F - фокусное расстояние объектива.The specified technical result is achieved as follows. The lens for the infrared region of the spectrum, like the prototype, contains two optically coupled single positive menisci made of germanium, convex surfaces facing the plane of objects. The second surface of the first meniscus is aspherical. Unlike the prototype, the radii of curvature of the meniscus surfaces satisfy the following relationships: R 1 = (1.04 ÷ 1.26) F; R 2 = (1.03 ÷ 1.62) F; R 3 = (0.5 ÷ 0.79) F; R 4 = (0.59 ÷ 0.98) F, where R 1 , R 2 are the radii of curvature of the first and second surfaces of the first meniscus, respectively, R 3 , R 4 are the radii of curvature of the first and second surfaces of the second meniscus, respectively, F is the focal length lens distance.

В частных случаях реализации - при выполнении второго мениска или всего объектива подвижным вдоль оптической оси - достигаются дополнительные технические результаты: фокусировка объектива на конечное расстояние и компенсация смещения плоскости изображения в диапазоне рабочих температур от минус 40°С до 50°С.In special cases of implementation — when the second meniscus or the entire lens is moving along the optical axis — additional technical results are achieved: focusing the lens to a finite distance and compensating for the displacement of the image plane in the operating temperature range from minus 40 ° C to 50 ° C.

Пример конкретной реализации объектива показан на чертежах.An example of a specific implementation of the lens is shown in the drawings.

На фиг. 1 приведена оптическая схема объектива. На фиг. 2 приведены графики частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) объектива для различных точек поля зрения. На фиг. 3 приведен график дисторсии в процентах по полю зрения (ордината Y). На фиг. 4 приведены графики концентрации энергии в кружке рассеяния.In FIG. 1 shows the optical layout of the lens. In FIG. Figure 2 shows the graphs of the frequency-contrast characteristic (FM) of the lens for various points of the field of view. In FIG. Figure 3 shows a plot of distortion as a percentage of the field of view (Y ordinate). In FIG. Figure 4 shows plots of the energy concentration in the scattering circle.

Светосильный объектив для инфракрасной области спектра (фиг. 1) содержит два оптически связанных одиночных положительных мениска 1, 2, обращенных выпуклостью к плоскости предмета. Вторая по ходу луча поверхность мениска 1 выполнена асферической. Мениски 1, 2 выполнены из германия.The fast lens for the infrared region of the spectrum (Fig. 1) contains two optically coupled single positive menisci 1, 2, convex to the plane of the object. The second meniscus 1 surface along the beam is aspherical. Menisci 1, 2 are made of Germany.

Инфракрасное излучение от удаленного объекта попадает в объектив, где проходит через мениски 1, 2, и образует действительное изображение предмета в плоскости наилучшей установки фотоприемного устройства (не показано), положение которой обусловлено расстоянием до объекта (для бесконечно удаленного объекта практически совпадает с фокальной плоскостью объектива).Infrared radiation from a distant object enters the lens, where it passes through menisci 1, 2, and forms a real image of the object in the plane of the best installation of the photodetector (not shown), the position of which is determined by the distance to the object (for an infinitely distant object, it practically coincides with the focal plane of the lens )

В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив, оптические характеристики которого приведены в таблице 1.In accordance with the proposed solution, a specific lens is calculated, the optical characteristics of which are shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

В таблице 2 приведены величины относительных оптических сил, расстояний по оси между менисками, материалы и диаметры менисков объектива.Table 2 shows the relative optical powers, the axial distances between the menisci, the materials and the diameters of the menisci of the lens.

Figure 00000002
Figure 00000002

Предлагаемый объектив по сравнению с прототипом имеет более широкое поле зрения: 12,4×9,4 град, (крайние точки поля зрения: ±6,2°×±4,7°).The proposed lens in comparison with the prototype has a wider field of view: 12.4 × 9.4 degrees, (extreme points of the field of view: ± 6.2 ° × ± 4.7 °).

Радиусы кривизны поверхностей менисков рассчитанного объектива, приведенные в таблице 2, удовлетворяют заявленным диапазонам: R1=(1,04÷1,26)F; R2=(1,03÷1,62)F; R3=(0,5÷0,79)F; R4=(0,59÷0,98)F.The radii of curvature of the meniscus surfaces of the calculated lens, shown in table 2, satisfy the declared ranges: R 1 = (1,04 ÷ 1,26) F; R 2 = (1.03 ÷ 1.62) F; R 3 = (0.5 ÷ 0.79) F; R 4 = (0.59 ÷ 0.98) F.

Качество изображения объектива демонстрируется графиками, приведенными на фиг. 2, 3, 4. Указанные графики приведены для объектива с фокусным расстоянием 30 мм, диаметром входного зрачка 27 мм, относительным отверстием 1:1,11 и полем зрения 12,4×9,4 град.The image quality of the lens is demonstrated by the graphs shown in FIG. 2, 3, 4. These graphs are for a lens with a focal length of 30 mm, an entrance pupil diameter of 27 mm, a relative aperture of 1: 1.11 and a field of view of 12.4 × 9.4 degrees.

На фиг. 2 и фиг. 4 графики построены для осевой точки (0° на графиках), для зоны на уровне 0,7 от крайней точки поля зрения (4,4°×3,3° на графиках) и для крайней точки поля зрения (6,2°×4,7° на графиках). Штриховой линией обозначен дифракционный предел.In FIG. 2 and FIG. 4 plots are plotted for an axial point (0 ° on the plots), for a zone at the level of 0.7 from the extreme point of the field of view (4.4 ° × 3.3 ° on the plots) and for the extreme point of the field of view (6.2 ° × 4.7 ° on the graphs). The dashed line indicates the diffraction limit.

На фиг. 2 приведены графики ЧКХ объектива на частоте 40 штрихов/мм. По оси абсцисс отложены значения пространственных частот, отнесенные к плоскости изображений объектива, по оси ординат - значения коэффициентов передачи контраста. Графики ЧКХ приведены для меридионального (Т) и сагиттального (S) сечений. Из приведенных графиков видно, что в предлагаемом объективе сохранено высокое, дифракционно-ограниченное качество изображения.In FIG. 2 shows graphs of the frequency response of the lens at a frequency of 40 lines / mm. The abscissa axis shows the values of spatial frequencies assigned to the plane of the image of the lens, the ordinate axis shows the values of the contrast transfer coefficients. Charts of frequency response are given for meridional (T) and sagittal (S) sections. From the above graphs it can be seen that in the proposed lens retained a high, diffraction-limited image quality.

Высокое качество изображения объектива подтверждается графиками дисторсии (фиг. 3) и концентрации энергии в кружке рассеяния для различных точек поля зрения (фиг. 4). На фиг. 3 видно, что дисторсия составляет (-13%).The high image quality of the lens is confirmed by the graphs of distortion (Fig. 3) and energy concentration in the scattering circle for various points of the field of view (Fig. 4). In FIG. 3 shows that the distortion is (-13%).

На фиг. 4 по оси абсцисс отложены значения радиуса кружка рассеяния, по оси ординат - значения соответствующих ему уровней концентрации энергии. Указанный график также демонстрирует высокое качество изображения предложенного объектива, имеющего по сравнению с прототипом большее поле зрения.In FIG. 4, the abscissa axis represents the radius of the scattering circle, and the ordinate axis represents the values of the corresponding energy concentration levels. The specified graph also demonstrates the high image quality of the proposed lens, which has a larger field of view compared to the prototype.

При выполнении второго мениска или всего объектива подвижными вдоль оптической оси осуществляется фокусировка объектива на конечное расстояние и компенсация смещения плоскости изображения в диапазоне рабочих температур от минус 40 до 50°С.When the second meniscus or the entire lens is movable along the optical axis, the lens is focused at a finite distance and the image plane is offset in the operating temperature range from minus 40 to 50 ° С.

Расчеты объектива показали, что заявленный технический результат обеспечивается при значениях радиусов кривизны поверхностей менисков 1, 2 в пределах всех заявленных диапазонов: R1=(1,04÷1,26)F; R2=(1,03÷1,62)F; R3=(0,5÷0,79)F; R4=(0,59÷0,98)F.The calculations of the lens showed that the claimed technical result is provided when the values of the radii of curvature of the surfaces of the menisci 1, 2 within all of the declared ranges: R 1 = (1,04 ÷ 1,26) F; R 2 = (1.03 ÷ 1.62) F; R 3 = (0.5 ÷ 0.79) F; R 4 = (0.59 ÷ 0.98) F.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое изобретение обеспечивает увеличение поля зрения объектива при сохранении высокого качества изображения.Thus, compared with the prototype, the present invention provides an increase in the field of view of the lens while maintaining high image quality.

Claims (10)

1. Светосильный объектив для инфракрасной области спектра, содержащий два оптически связанных одиночных положительных мениска, выполненных из германия, обращенных выпуклыми поверхностями к плоскости предметов, причем вторая поверхность первого мениска выполнена асферической, отличающийся тем, что радиусы кривизны поверхностей менисков удовлетворяют следующим соотношениям: 1. Fast lens for the infrared region of the spectrum, containing two optically coupled single positive menisci made of germanium, convex surfaces to the plane of objects, the second surface of the first meniscus being aspherical, characterized in that the radii of curvature of the meniscus surfaces satisfy the following relationships: R1=(1,04÷1,26)F;R 1 = (1.04 ÷ 1.26) F; R2=(1,03÷1,62)F;R 2 = (1.03 ÷ 1.62) F; R3=(0,5÷0,79)F;R 3 = (0.5 ÷ 0.79) F; R4=(0,59÷0,98)F,R 4 = (0.59 ÷ 0.98) F, где R1, R2 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей первого мениска,where R 1 , R 2 are the radii of curvature, respectively, of the first and second surfaces of the first meniscus, R3, R4 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей второго мениска,R 3 , R 4 - the radii of curvature, respectively, of the first and second surfaces of the second meniscus, F - фокусное расстояние объектива.F is the focal length of the lens. 2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что второй мениск установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси.2. The lens according to claim 1, characterized in that the second meniscus is mounted to move along the optical axis. 3. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси.3. The lens according to claim 1, characterized in that it is arranged to move along the optical axis.
RU2016120461A 2016-05-25 2016-05-25 High-aperture lens for infrared spectrum region RU2629888C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016120461A RU2629888C1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 High-aperture lens for infrared spectrum region

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016120461A RU2629888C1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 High-aperture lens for infrared spectrum region

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629888C1 true RU2629888C1 (en) 2017-09-04

Family

ID=59797563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016120461A RU2629888C1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 High-aperture lens for infrared spectrum region

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629888C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU187832U1 (en) * 2018-10-15 2019-03-19 ООО "Конструкторское бюро "Луггар" TWO-LIGHT LIGHT FILTER FOR INFRARED SPECTRUM
RU187815U1 (en) * 2018-10-12 2019-03-19 ООО "Конструкторское бюро "Луггар" TWO-LIGHT LIGHT LENS FOR IR SPECTRUM

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992078A (en) * 1974-05-06 1976-11-16 The Rank Organisation Limited Lens structure
RU2181206C2 (en) * 2000-06-19 2002-04-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" High-speed lens
US20050157408A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-21 Milestone Co., Ltd. Imaging lens
RU88794U1 (en) * 2008-07-24 2009-11-20 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" EXTERNAL FOCUSING PIPE
RU92973U1 (en) * 2009-02-13 2010-04-10 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" THERMAL VISION MODULE
RU126479U1 (en) * 2012-11-07 2013-03-27 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" LIGHT LIGHT

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992078A (en) * 1974-05-06 1976-11-16 The Rank Organisation Limited Lens structure
RU2181206C2 (en) * 2000-06-19 2002-04-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" High-speed lens
US20050157408A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-21 Milestone Co., Ltd. Imaging lens
RU88794U1 (en) * 2008-07-24 2009-11-20 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" EXTERNAL FOCUSING PIPE
RU92973U1 (en) * 2009-02-13 2010-04-10 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" THERMAL VISION MODULE
RU126479U1 (en) * 2012-11-07 2013-03-27 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" LIGHT LIGHT

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU187815U1 (en) * 2018-10-12 2019-03-19 ООО "Конструкторское бюро "Луггар" TWO-LIGHT LIGHT LENS FOR IR SPECTRUM
RU187832U1 (en) * 2018-10-15 2019-03-19 ООО "Конструкторское бюро "Луггар" TWO-LIGHT LIGHT FILTER FOR INFRARED SPECTRUM

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU140705U1 (en) LENS FOR IR SPECTRUM
JP2008096656A5 (en)
KR102041700B1 (en) Optical Imaging System
WO2013157658A1 (en) Infrared zoom lens
RU2541420C1 (en) Infrared lens with two fields of view
RU2506616C1 (en) High-speed infrared lens
RU2629888C1 (en) High-aperture lens for infrared spectrum region
RU2578661C1 (en) Infrared lens with smoothly varying focal distance
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
US5151820A (en) Zoom lens
RU193226U1 (en) ATHERMALIZED LENS FOR THE INFRARED SPECTRUM
RU2613483C1 (en) Athermalised lens for infrared spectrum
RU2594955C1 (en) Telescopic lens for infrared spectrum
RU2678957C1 (en) Wide-angle high-power infrared lens
CN110187475A (en) A kind of tight shot
RU2718145C1 (en) Fast infrared lens
RU2403598C1 (en) Large aperture lens for thermal imaging device
JP2019144397A5 (en)
RU2620202C1 (en) Lens for infrared spectral area
CN114252982A (en) Thermal difference elimination infrared lens with focal length of 35mm, assembling method thereof and imaging method
RU2650743C1 (en) Wide-angle infrared lens
RU2709050C1 (en) Telephoto lens for spectrum ir
RU2672703C1 (en) Two-channel mirror-lens system
RU2646405C1 (en) Infrared mirror-lens system
RU2583338C1 (en) Athermalised high-aperture infrared lens

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner