RU2181206C2

RU2181206C2 - High-speed lens

Info

Publication number: RU2181206C2
Application number: RU2000115363/28A
Authority: RU
Inventors: С.И. Щеглов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-04-10

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: high-speed lens includes two isolated positive meniscuses separated by air space, facing image with concavity and made of material with refractive index over 3.3 and dispersion factor exceeding 800 for spectral range from 8 to 14 μ. Second surface of first lens is aspherical. Radius of first optical surface is equal to radius of fourth optical surface. EFFECT: creation of high-speed lens of simplified design with diminished longitudinal dimension having high-quality image. 1 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах. The present invention relates to optical instrumentation, namely to special lenses operating in the far infrared wavelength range, and can be used in thermal imaging devices.

Известен светосильный двухкомпонентный объектив, описанный в книге: "Теория оптических систем" Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. и др. М.: Машиностроение, 1981 г., с.382, рис.271. Он содержит два положительных компонента, разделенных значительным воздушным промежутком; каждый компонент представляет собой положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, при этом каждый из компонентов склеен из двух линз. Его особенностью является сложность конструкции. Known fast two-component lens described in the book: "Theory of optical systems" Begunov BN, Zakaznov NP et al. M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 382, Fig. 271. It contains two positive components, separated by a significant air gap; each component is a positive meniscus with a concavity toward the image, with each component glued from two lenses. Its feature is the complexity of the design.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является светосильный объектив для ИК-области спектра, описанный в патенте США 3992078 А, публ. 05.12.75 г. Он состоит из передней и задней простых положительных линз, изготовленных из германия, причем указанные элементы отстоят друг от друга по оси на расстоянии от 0,8 F до 1,2 F, где F - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива; задние поверхности каждой линзы являются плоскими или имеют минимальную кривизну, выпуклую в сторону передней поверхности, а передние поверхности линз являются выпуклыми в сторону передней поверхности с радиусом кривизны более 5F и 2F соответственно, меньшими, чем радиусы кривизны задних поверхностей указанных линз. При этом по меньшей мере вторая поверхность передней линзы асферическая. The closest analogue to the claimed technical solution is a fast lens for the infrared region of the spectrum described in US patent 3992078 A, publ. 12/05/75, It consists of front and rear simple positive lenses made of Germany, and these elements are spaced apart from each other along the axis at a distance of 0.8 F to 1.2 F, where F is the equivalent focal length of the entire lens; the rear surfaces of each lens are flat or have minimal curvature convex towards the front surface, and the front surfaces of the lenses are convex towards the front surface with a radius of curvature of more than 5F and 2F, respectively, smaller than the radii of curvature of the rear surfaces of these lenses. At the same time, at least the second surface of the front lens is aspherical.

Как следует из расчета, в этой конструкции расстояние от первой оптической поверхности до плоскости изображения составляет величину не менее 1,68 F, что сильно увеличивает длину объектива и продольные размеры прибора, в котором он используется. As follows from the calculation, in this design the distance from the first optical surface to the image plane is at least 1.68 F, which greatly increases the length of the lens and the longitudinal dimensions of the device in which it is used.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива упрощенной конструкции с уменьшенным продольным размером при высоком качестве изображения. The objective of the invention is the creation of a fast lens of a simplified design with a reduced longitudinal size with high image quality.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается созданием светосильного объектива, содержащего два разделенных воздушным промежутком одиночных положительных мениска, обращенных вогнутостью к изображению, выполненных из материала с показателем преломления больше 3,3 и коэффициентом дисперсии больше 300 для спектрального диапазона от 8 до 14 мкм. Вторая поверхность первого мениска выполнена асферической. В отличие от известного, в объективе радиус первой оптической поверхности равен радиусу четвертей оптической поверхности. The technical result due to this task is achieved by creating a high-aperture lens containing two single positive menisci separated by an air gap, facing concavity to the image, made of a material with a refractive index greater than 3.3 and a dispersion coefficient greater than 300 for the spectral range from 8 to 14 μm. The second surface of the first meniscus is aspherical. In contrast to the known, in the lens the radius of the first optical surface is equal to the radius of the quarters of the optical surface.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива. The drawing shows an optical diagram of the proposed lens.

Объектив состоит из двух одиночных линз 1 и 2, разделенных воздушным промежутком, причем обе линзы - положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению, и выполнены из материала с показателем преломления больше 3,3 и коэффициентом дисперсии больше 800 для спектрального диапазона от 8 до 14 мкм, например из германия. Вторая поверхность линзы 1 - асферическая. Радиус первой оптической поверхности равен радиусу четвертой оптической поверхности. The lens consists of two single lenses 1 and 2, separated by an air gap, and both lenses are positive menisci facing the concavity to the image and are made of material with a refractive index greater than 3.3 and a dispersion coefficient greater than 800 for the spectral range from 8 to 14 μm , for example from Germany. The second surface of the lens 1 is aspherical. The radius of the first optical surface is equal to the radius of the fourth optical surface.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического изображения (не показан). The lens works as follows. The luminous flux from an object located at infinity falls into the lens, where it passes through lenses 1, 2 and forms an image of the object in the plane of the best setting in which the optical image receiver (not shown) is installed.

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектив для дальнего ИК-диапазона от 8 до 12,5 мкм. In accordance with the proposed solution, an aperture lens is designed for the far infrared range from 8 to 12.5 microns.

Его конструктивные параметры приведены в таблице. Its design parameters are given in the table.

Рассчитанный объектив имеет следующие характеристики:
фокусное расстояние объектива - f'=200 мм
задний фокальный отрезок - S'_f'=21,4 мм
угол поля зрения - 2w=4^o30'
относительное отверстие - 1:2
Расстояние от первой оптической поверхности до плоскости изображения в этом объективе составляет 1,22 f'.The calculated lens has the following characteristics:
focal length of the lens - f '= 200 mm
back focal length - S '_f' = 21.4 mm
field of view angle - 2w = 4 ^o 30 '
relative aperture - 1: 2
The distance from the first optical surface to the image plane in this lens is 1.22 f '.

Объектив имеет для λ=8-12,5 мкм следующие аберрации:
поперечная сферическая аберрация для точки на оси - не более 0,032 мм,
поперечная аберрация для точки вне оси - не более 0,064 мм (2w=4^o30'),
меридиональный астигматический отрезок - x'_m не более 0,244 мм,
сагиттальный астигматический отрезок - x'_s не более 0,142 мм - (2w= 4^o30').The lens has the following aberrations for λ = 8-12.5 μm:
transverse spherical aberration for a point on the axis - not more than 0.032 mm,
lateral aberration for a point outside the axis - not more than 0.064 mm (2w = 4 ^o 30 '),
meridional astigmatic segment - x ' _m not more than 0.244 mm,
sagittal astigmatic segment - x ' _s not more than 0.142 mm - (2w = 4 ^o 30').

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан двухлинзовый объектив упрощенной конструкции с уменьшенным продольным размером 1,22 f' (в отличие от 1,68 f' у ближайшего аналога), с относительным отверстием 1:2 и высоким качеством изображения в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм. Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained: a two-lens lens of a simplified design with a reduced longitudinal size of 1.22 f 'is created (in contrast to 1.68 f' of the closest analogue), with a relative aperture of 1: 2 and high image quality in the spectral range from 8 to 12.5 microns.

Claims

A fast lens containing two single positive meniscuses separated by an air gap and concave toward the image, made of a material with a refractive index greater than 3.3 and a dispersion coefficient greater than 800 for the spectral range from 8 to 14 μm, while the second surface of the first lens is aspherical, characterized in that in the lens the radius of the first optical surface is equal to the radius of the fourth optical surface.