RU2187135C2

RU2187135C2 - High-speed lens

Info

Publication number: RU2187135C2
Application number: RU2000126117/28A
Authority: RU
Inventors: С.И. Щеглов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: infrared imaging instrumentation. SUBSTANCE: high-speed lens comprises three lenses: positive and negative meniscuses facing image with concavity and positive meniscus facing object with convexity. Radii of second and sixth optical surfaces are equal. Lens has high adaptability to manufacture and high quality of image with relative aperture 1:1.65, field of vision 2w = 6 deg and operates in spectral range from 8 to 12.5 μ.. EFFECT: high adaptability to manufacture and high quality of image. 4 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

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

Известен светосильный объектив, работающий в диапазоне от 8 до 14 мкм, содержащий четыре компонента:
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- отрицательную двояковогнутую линзу,
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, у которого первая и третья линзы выполнены из германия с показателем преломления не менее 4 (патент США 3363962, НКИ 350-2, публ. 1968 г.). Данный объектив имеет небольшое фокусное расстояние f'=76,2 мм и, кроме того, недостаточную технологичность, т. к. содержит шесть разных радиусов оптических поверхностей, которые требуют применения своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.Known fast lens operating in the range from 8 to 14 microns, containing four components:
- positive meniscus facing concavity to the image,
- negative biconcave lens,
- a positive meniscus facing concavity to an object in which the first and third lenses are made of germanium with a refractive index of at least 4 (US patent 3363962, NKI 350-2, publ. 1968). This lens has a small focal length f '= 76.2 mm and, in addition, lack of manufacturability, because it contains six different radii of the optical surfaces, which require the use of their test glass and a processing tool on each optical surface.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светосильный объектив, работающий в диапазоне от 3,5 до 8 мкм, содержащий последовательно установленные 3 линзы:
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету.Closest to the claimed technical solution is a fast lens, operating in the range from 3.5 to 8 μm, containing 3 sequentially installed lenses:
- positive meniscus facing concavity to the image,
- negative meniscus facing concavity to the image,
- positive meniscus convex to the subject.

При этом первая и третья линзы выполнены из кремния (патент США 4537464, НКИ 350/1.4, публ. 1985). Данный объектив имеет слишком малое поле зрения 2w=1,6^o и, кроме того, недостаточную технологичность, так как содержит шесть разных радиусов оптических поверхностей, которые требуют применения своего пробного стекла и обрабатывающего инструмента на каждую оптическую поверхность.In this case, the first and third lenses are made of silicon (US patent 4537464, NKI 350 / 1.4, publ. 1985). This lens has a too small field of view 2w = 1.6 ^o and, in addition, lack of manufacturability, as it contains six different radii of the optical surfaces, which require the use of their test glass and a processing tool on each optical surface.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с высоким качеством изображения и технологического изготовления при фокусном расстоянии f^'= 150 мм, относительном отверстии 1:1,65 и поле зрения 2w=6 град при работе в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.The objective of the invention is the creation of a fast lens with high image quality and manufacturing at a focal length f ^' = 150 mm, a relative aperture of 1: 1.65 and a field of view of 2w = 6 degrees when working in the spectral range from 8 to 12.5 μm.

Технический результат - повышение технологичности изготовления объектива при высоком качестве изображения, обусловлен указанной задачей и достигается созданием светосильного объектива, содержащего три компонента, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третий компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, в котором, в отличие от известного, имеет место равенство R₂=R₆, где R₂ - радиус второй оптической поверхности,
R₆ - радиус шестой оптической поверхности,
А возможно и все три компонента выполнить с одинаковыми радиусами кривизны: R₂=R₄=R₆, где R₂ - радиус второй оптической поверхности,
R₄ - радиус четвертой оптической поверхности,
R₆ - радиус шестой оптической поверхности.The technical result is an increase in the manufacturability of the lens with high image quality, due to the specified task and is achieved by creating a fast lens containing three components, the first of which is the positive meniscus facing the concavity to the image, the second is the negative meniscus facing the concavity to the image, the third component positive meniscus convex to an object in which, in contrast to the known one, the equality R ₂ = R ₆ holds, where R ₂ is the radius of the second optical rotation henna
R ₆ is the radius of the sixth optical surface,
And it is possible to perform all three components with the same radii of curvature: R ₂ = R ₄ = R ₆ , where R ₂ is the radius of the second optical surface,
R ₄ is the radius of the fourth optical surface,
R ₆ is the radius of the sixth optical surface.

Кроме того, первый и второй, второй и третий, а также все три компонента могут быть выполнены из оптического материала одной марки. In addition, the first and second, second and third, as well as all three components can be made of optical material of the same brand.

На фигуре представлена оптическая схема предложенного объектива. The figure shows the optical scheme of the proposed lens.

Объектив состоит из последовательно установленных трех одиночных линз: положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, и положительного мениска 3, обращенного выпуклостью к предмету. The lens consists of successively mounted three single lenses: a positive meniscus 1, facing concavity to the image, a negative meniscus 2, facing concavity to the image, and a positive meniscus 3, facing convex to the subject.

Апертурная диафрагма совпадает с первой поверхностью линзы 2. The aperture diaphragm coincides with the first surface of the lens 2.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан). The lens works as follows. The luminous flux from an object located at infinity enters the lens, where it passes through lenses 1, 2, 3, and forms an image of the object in the plane of the best setup in which the optical radiation receiver (not shown) is installed.

В соответствии с предложенным решением рассчитано 2 варианта светосильного объектива для дальнего ИК-диапазона от 8 до 12,5 мкм. In accordance with the proposed solution, 2 variants of aperture lens for the far infrared range from 8 to 12.5 μm were calculated.

Конструктивные параметры объектива приведены в табл. 1 и 2. The design parameters of the lens are given in table. 1 and 2.

Характеристики рассчитанного объектива для первого варианта:
Фокусное расстояние объектива - 148 мм
Относительное отверстие - 1:1,65
Угол поля зрения - 6 град
Задний фокальный отрезок - 44,06 мм
Объектив имеет следующие аберрации для λ=10 мкм:
Поперечная сферическая аберрация для точки на оси - Не более 0,0026 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении поля зрения 2w = 6 град - Не более 0,086 мм
То же в сагиттальном сечении - Не более 0,031 мм
Меридиональный астигматический отрезок X'_m - Не более 0,125 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X'_s - Не более 0,089 мм
Дисторсия - Не более 0,097%
Характеристики рассчитанного объектива по 2 варианту:
Фокусное расстояние объектива - 148,39 мм
Относительное отверстие - 1:1,65
Угол поля зрения - 6 град.Characteristics of the calculated lens for the first option:
The focal length of the lens - 148 mm
Relative aperture - 1: 1.65
Field of view - 6 degrees
Back focal segment - 44.06 mm
The lens has the following aberrations for λ = 10 μm:
Transverse spherical aberration for a point on the axis - Not more than 0.0026 mm
Transverse aberration of a wide inclined beam in the meridional section of the field of view 2w = 6 deg - Not more than 0.086 mm
The same in the sagittal section - Not more than 0,031 mm
Meridional astigmatic segment X ' _m - Not more than 0.125 mm
Sagittal astigmatic segment X ' _s - Not more than 0,089 mm
Distortion - Not more than 0,097%
Characteristics of the calculated lens in option 2:
The focal length of the lens - 148.39 mm
Relative aperture - 1: 1.65
The angle of the field of view is 6 degrees.

Задний фокальный отрезок - 44,06 мм
Объектив имеет следующие аберрации для λ=10 мкм:
Поперечная сферическая аберрация для точки оси - Не более 0,042 мм
Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2w=6 град - Не более 0,09 мм
То же в сагиттальном сечении - Не более 0,072 мм
Меридиональный астигматический отрезок X'_m - Не более 0,159 мм
Сагиттальный астигматический отрезок X'_s - Не более 0,101 мм
Дисторсия - Не более 0,12%
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный трехлинзовый объектив с повышенной технологичностью в изготовлении и высоким качеством изображения при фокусном расстоянии f'=150 мм и при относительном отверстии 1:1,65; поле зрения 2w=6 град и работе в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм, т.к. необходимы пробные стекла и обрабатывающий инструмент только на четыре поверхности из шести.Back focal segment - 44.06 mm
The lens has the following aberrations for λ = 10 μm:
Transverse spherical aberration for an axis point - Not more than 0,042 mm
Transverse aberration of a wide inclined beam in the meridional section for the field of view 2w = 6 deg - Not more than 0.09 mm
The same in the sagittal section - Not more than 0,072 mm
Meridional astigmatic segment X ' _m - Not more than 0.159 mm
Sagittal astigmatic segment X ' _s - Not more than 0.101 mm
Distortion - Not more than 0.12%
Thus, as a result of the proposed solution, the technical result was obtained: a fast three-lens lens was created with increased manufacturability and high image quality at a focal length f '= 150 mm and with a relative aperture of 1: 1.65; field of view 2w = 6 degrees and work in the spectral range from 8 to 12.5 microns, because trial glasses and a processing tool are required on only four out of six surfaces.

Claims

1. Aperture lens containing three components, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the image, the second is a negative meniscus facing concavity to the image, the third component is a positive meniscus convex to the subject, characterized in that the equality R ₂ = R ₆ , where R ₂ is the radius of the second optical surface, R ₆ is the radius of the sixth optical surface.

2. The fast lens according to claim 1, characterized in that the equality R ₂ = R ₄ holds, where R ₂ is the radius of the second optical surface, R ₄ is the radius of the fourth optical surface.

3. A fast lens according to claim 1, characterized in that all three components are made of optical material of the same brand.

4. A fast lens according to claim 1, characterized in that the first and second components are made of optical material of the same brand.

5. A fast lens according to claim 1, characterized in that the second and third components are made of optical material of the same brand.