RU2321873C1 - Ir objective with smoothly changing focal length - Google Patents

Ir objective with smoothly changing focal length Download PDF

Info

Publication number
RU2321873C1
RU2321873C1 RU2006128123/28A RU2006128123A RU2321873C1 RU 2321873 C1 RU2321873 C1 RU 2321873C1 RU 2006128123/28 A RU2006128123/28 A RU 2006128123/28A RU 2006128123 A RU2006128123 A RU 2006128123A RU 2321873 C1 RU2321873 C1 RU 2321873C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
focal length
component
convex
concave
Prior art date
Application number
RU2006128123/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006128123A (en
Inventor
Евгений Федорович Дедюхин (RU)
Евгений Федорович Дедюхин
Сергей Дмитриевич Козлов (RU)
Сергей Дмитриевич Козлов
Анатолий Егорович Морозов (RU)
Анатолий Егорович Морозов
Наталь Геннадьевна Нигматуллина (RU)
Наталья Геннадьевна Нигматуллина
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО")
Priority to RU2006128123/28A priority Critical patent/RU2321873C1/en
Publication of RU2006128123A publication Critical patent/RU2006128123A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321873C1 publication Critical patent/RU2321873C1/en

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optical objectives.
SUBSTANCE: IR objective has the following members disposed in series: motionless first component in form of positive concave-convex lens; movable second component composed of first negative convex-concave lens and second convex-concave negative lens; movable third component; motionless fourth and fifth components. Focal lengths f1 and f5 of first and second components correspondingly are chosen in dependence of maximal focal length of IR objective to be the following: f1=(0,804-0,948)ft and f5=(0,342-0,346)ft, where f1 and f5 are focal lengths of first and fifth components correspondingly and ft is maximal focal length of objective.
EFFECT: reduced length of IR objective in relation to its maximal focal length at changes in multiplicity of change in focal length.
1 dwg

Description

Изобретение относится к ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах.The invention relates to infrared optical systems and can be used in thermal imagers.

Известен инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. патент США №6091551, М. кл. G02B 15/14; G02B 13/14, публ. 18.07.2000 г., схема на фиг.6), содержащий последовательно расположенные неподвижный компонент I с фокусным расстоянием f1, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижный компонент II с фокусным расстоянием f2, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой линзы и второй отрицательной двояковогнутой линзы, подвижный компонент III с фокусным расстоянием f3, далее неподвижные компонент IV с фокусным расстоянием f4 и компонент V с фокусным расстоянием f5.Known infrared lens with a smoothly changing focal length (see US patent No. 6091551, M. CL G02B 15/14; G02B 13/14, publ. July 18, 2000, the circuit in Fig.6), containing sequentially located fixed component I with a focal length f 1 , consisting of a positive convex-concave lens, a movable component II with a focal length f 2 , consisting of a first negative convex-concave lens and a second negative biconcave lens, a movable component III with a focal length f 3 , then stationary components IV with focal length m f 4 and V component with a focal length f 5.

Фокусное расстояние объектива изменяется в пределах от 50 до 200 мм. Отношение максимального фокусного расстояния к минимальному в этом инфракрасном объективе достигает М=4. Качество изображения обеспечивается заданными пределами соотношений фокусных расстояний компонентов с максимальным фокусным расстоянием объектива ft:1.00<f1/ft, -0.40>f2/ft и 0.35<f5/ft<0.7. В рассматриваемой конструкции объектива его длина - расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображения превышает максимальное фокусное расстояние в 1,83 раза.The focal length of the lens varies from 50 to 200 mm. The ratio of the maximum focal length to the minimum in this infrared lens reaches M = 4. Image quality is ensured by the specified limits of the ratio of the focal lengths of the components with the maximum focal length of the lens f t : 1.00 <f 1 / f t , -0.40> f 2 / f t and 0.35 <f 5 / f t <0.7. In the lens construction under consideration, its length — the distance from the first surface of the lens to the image plane exceeds the maximum focal length by 1.83 times.

Недостатком такого инфракрасного объектива является малая кратность изменения фокусного расстояния и большие габариты.The disadvantage of this infrared lens is the small magnification of the focal length and large dimensions.

Указанные недостатки частично устранены в наиболее близком по технической сущности инфракрасном объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. патент РФ на полезную модель №52490, М. кл. G02B 13/14, G02B 15/14, публ. 27.03.2006, Бюл. №9), содержащем последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижный второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой линзы и второй отрицательной двояковогнутой линзы, подвижный третий компонент, неподвижные четвертый и пятый компоненты, при этом фокусные расстояния f1 и f5, соответственно первого и пятого компонентов, выбраны в зависимости от максимального фокусного расстояния ft инфракрасного объектива в следующих пределах: f1=(от 1.22 до 1.24)ft, f5=(от 0.41 до 0.42)ft.These shortcomings were partially eliminated in the infrared lens closest in technical essence with a smoothly changing focal length (see RF patent for utility model No. 52490, M. class G02B 13/14, G02B 15/14, publ. March 27, 2006, Bull. No. 9), containing a successively arranged stationary first component in the form of a positive convex-concave lens, a movable second component consisting of a first negative convex-concave lens and a second negative biconcave lens, a movable third component, motionless fourth and fifth components nents, and the focal lengths f 1 and f 5 , respectively, of the first and fifth components, are selected depending on the maximum focal length f t of the infrared lens in the following limits: f 1 = (from 1.22 to 1.24) f t , f 5 = (from 0.41 to 0.42) f t .

Фокусное расстояние объектива изменяется в пределах от 60 до 300 мм. Интервал изменения фокусного расстояния - отношения максимального фокусного расстояния к минимальному в этом инфракрасном объективе достигает М=5. Отношение расстояния от первой поверхности объектива до плоскости изображения к максимальному фокусному расстоянию составляет 1,48.The focal length of the lens varies from 60 to 300 mm. The interval of focal length changes - the ratio of the maximum focal length to the minimum in this infrared lens reaches M = 5. The ratio of the distance from the first surface of the lens to the image plane to the maximum focal length is 1.48.

Недостатком описанного инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием являются большие габариты при недостаточной кратности изменения фокусного расстояния.A disadvantage of the described infrared lens with a smoothly changing focal length is the large size with insufficient focal length variation.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение длины инфракрасного объектива относительно его максимального фокусного расстояния при увеличении кратности изменения фокусного расстояния.The problem to which the invention is directed is to reduce the length of the infrared lens relative to its maximum focal length while increasing the magnification of the change in focal length.

Указанная цель достигается тем, что в инфракрасном объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащем последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижный второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой линзы и второй отрицательной линзы, подвижный третий компонент, неподвижные четвертый и пятый компоненты, во втором компоненте вторая линза выполнена выпукло-вогнутой, при этом фокусные расстояния f1 и f5, соответственно первого и пятого компонентов, выбираются в зависимости от максимального фокусного расстояния инфракрасного объектива следующими:This goal is achieved by the fact that in an infrared lens with a continuously varying focal length, containing successively arranged stationary first component in the form of a positive convex-concave lens, a movable second component consisting of a first negative convex-concave lens and a second negative lens, a movable third component, motionless fourth and fifth components, in the second component the second lens is convex-concave, while the focal lengths f 1 and f 5 , respectively, of the first and fifth components are selected depending on the maximum focal length of the infrared lens as follows:

f1=(от 0,804 до 0,948)ft f 1 = (from 0.804 to 0.948) f t

f5=(от 0,342 до 0,346)ft,f 5 = (from 0.342 to 0.346) f t ,

где f1 и f5 - фокусные расстояния первого и пятого компонентов соответственно;where f 1 and f 5 are the focal lengths of the first and fifth components, respectively;

ft - максимальное фокусное расстояние объектива.f t is the maximum focal length of the lens.

Выбор значений фокусных расстояний первого и пятого компонентов меньшими, чем рекомендовано в известных ИК-объективах с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, позволил уменьшить габариты объектива (отношение его длины к максимальному фокусному расстоянию составляет 1,35 в отличии от 1,48 в прототипе) и увеличить кратность изменения фокусного расстояния объектива до 5,86 крат (в прототипе 5).The choice of the focal lengths of the first and fifth components smaller than recommended in the known infrared lenses with a smoothly changing focal length, allowed to reduce the size of the lens (the ratio of its length to the maximum focal length is 1.35 in contrast to 1.48 in the prototype) and increase the ratio of the focal length of the lens to 5.86 times (in the prototype 5).

Выполнение второй отрицательной линзы второго компонента в виде выпукло-вогнутой линзы позволило обеспечить необходимую коррекцию аберраций объектива для достижения требуемого качества изображения.The implementation of the second negative lens of the second component in the form of a convex-concave lens made it possible to provide the necessary correction of lens aberrations to achieve the desired image quality.

На чертеже представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием от 61,4 до 360 мм с расположением компонентов, соответствующим максимальному фокусному расстоянию 360 мм.The drawing shows an optical diagram of an infrared lens with a smoothly changing focal length from 61.4 to 360 mm with an arrangement of components corresponding to a maximum focal length of 360 mm.

Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент I в виде положительной выпукло-вогнутой линзы 1, подвижный второй компонент II, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой линзы 2 и второй отрицательной выпукло-вогнутой линзы 3, подвижный третий компонент III в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 4, неподвижный компонент IV в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы 5 и неподвижный компонент V, состоящий из первой положительной выпукло-вогнутой линзы 6 и второй положительной выпукло-вогнутой линзы 7. Вторая поверхность первой линзы 6 пятого компонента V выполнена асферической.The lens contains a stationary first component I in the form of a positive convex-concave lens 1, a movable second component II, consisting of a first negative convex-concave lens 2 and a second negative convex-concave lens 3, a movable third component III in the form of a negative concave-convex lens 4, the stationary component IV in the form of a positive concave-convex lens 5 and the stationary component V, consisting of the first positive convex-concave lens 6 and the second positive uklo-concave lens 7. The second surface of the first lens 6 of the fifth component of V is formed aspherical.

Асферическая поверхность первой линзы 6 пятого компонента V выполнена в соответствии с уравнениемThe aspherical surface of the first lens 6 of the fifth component V is made in accordance with the equation

у2+z2=730,332х-3,57413х2-0,06271x3+0,01527х4, 2 + z 2 = 730.332x-3.57413x 2 -0.06271x 3 + 0.01527x 4 ,

где у - ось системы координат, лежащая в плоскости меридионального сечения объектива;where y is the axis of the coordinate system lying in the plane of the meridional section of the lens;

z - ось системы координат, лежащая в плоскости сагиттального сечения объектива;z is the axis of the coordinate system lying in the plane of the sagittal section of the lens;

х - ось системы координат, совпадающая с оптической осью объектива.x is the axis of the coordinate system that coincides with the optical axis of the lens.

Фокусное расстояние первого компонента f1=341,28 мм, его отношение к максимальному фокусному расстоянию объектива ft=360 мм составляет 0,948. Фокусное расстояние пятого компонента f5=123,169 мм, его отношение к максимальному фокусному расстоянию объектива составляет 0,342.The focal length of the first component f 1 = 341.28 mm, its ratio to the maximum focal length of the lens f t = 360 mm is 0.948. The focal length of the fifth component is f 5 = 123.169 mm, its ratio to the maximum focal length of the lens is 0.342.

Конструктивные параметры заявляемого инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием от 61,4 до 360 мм для области спектра 8,0-12,0 мкм с расположением линз для фокусного расстояния 360 мм представлены в таблице 1.The design parameters of the inventive infrared lens with a smoothly changing focal length from 61.4 to 360 mm for the spectral region of 8.0-12.0 μm with the location of the lenses for the focal length of 360 mm are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 Компонент №Component No. Линза №Lens number Значение радиуса сферической поверхности, ммThe value of the radius of the spherical surface, mm Толщина по оси, ммAxial thickness, mm МатериалMaterial II 1one r1=386,54r1 = 386.54 d1=16d1 = 16 ГерманийGermanium r2=601,37r2 = 601.37 d2=194,5d2 = 194.5 IIII 22 r3=325,86r3 = 325.86 d3=6d3 = 6 ПO4PO4 r4=243,17r4 = 243.17 d4=12d4 = 12 33 r5=268,48r5 = 268.48 d5=6d5 = 6 ГерманийGermanium r6=212,22r6 = 212.22 d6=19d6 = 19 IIIIII 4four r7=-273,05r7 = -273.05 d7=6d7 = 6 ГерманийGermanium r8=-19547,0r8 = -19547.0 d8=5,73d8 = 5.73 IVIV 55 r9=-449,95r9 = -449.95 d9=6d9 = 6 ГерманийGermanium r10=-271,68r10 = -271.68 VV d10=6.6d10 = 6.6 66 r11=247,95r11 = 247.95 d11=6d11 = 6 ГерманийGermanium r12=365,166*) r12 = 365.166 *) d12=119,7d12 = 119.7 77 r13=161,98r13 = 161.98 d13=6d13 = 6 ГерманийGermanium r14=278,5r14 = 278.5 *)Асферическая поверхность вида *) The aspherical surface of the form

у2+z2=730,332х-3,57413х2-0,0627x3+0,01527х4.y 2 + z 2 = 730.332x-3.57413x 2 -0.0627x 3 + 0.01527x 4 .

Объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием работает следующим образом: параллельный пучок лучей инфракрасного излучения проходит через все линзы объектива, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз, и фокусируется на оптической оси в фокальной плоскости. Диаметр пучка определяется диаметром апертурной диафрагмы, расположенной на первой поверхности линзы 6. Наклонные пучки лучей также проходят через все линзы объектива и фокусируются соответственно в другой точке фокальной плоскости. Изменение фокусного расстояния объектива производится путем перемещения вдоль оптической оси объектива компонентов II и III. Компоненты II и III перемещаются каждый по своему закону. Значения переменных воздушных промежутков d2, d6 и d8 для трех значений фокусных расстояний объектива приведены в таблице 2.A lens with a smoothly changing focal length works as follows: a parallel beam of infrared rays passes through all the lenses of the lens, refracted on each surface in accordance with the radii and materials of the lenses, and focuses on the optical axis in the focal plane. The diameter of the beam is determined by the diameter of the aperture diaphragm located on the first surface of the lens 6. Inclined beams of rays also pass through all the lenses of the lens and are focused accordingly at another point in the focal plane. Changing the focal length of the lens is done by moving components II and III along the optical axis of the lens. Components II and III are each moved according to their own law. The values of the variable air gaps d2, d6 and d8 for the three values of the focal lengths of the lens are shown in table 2.

Таблица 2table 2 Фокусное расстояние объектива, ммThe focal length of the lens, mm d2, ммd2 mm d6, ммd6 mm d8, ммd8 mm 360360 194,5194.5 1919 5,735.73 180180 152,45152.45 14,6814.68 52,152.1 61,461,4 6,456.45 132132 80,7880.78

Из таблицы видно, что отношение максимального значения фокусного расстояния к минимальному М=5,86.The table shows that the ratio of the maximum value of the focal length to the minimum M = 5.86.

При заявляемом конструктивном исполнении длина объектива 488,53 мм и не превышает максимальное фокусное расстояние больше чем в 1,35 раза.With the claimed design, the lens length is 488.53 mm and does not exceed the maximum focal length by more than 1.35 times.

Расчеты концентрации энергии в пятне заданного диаметра 50 мкм (от 78% - для малого фокусного расстояния до 83% - для большого фокусного расстояния) показали, что характеристики качества изображения заявляемого объектива не уступают тем же характеристикам прототипа.Calculations of the energy concentration in a spot of a given diameter of 50 μm (from 78% for a small focal length to 83% for a large focal length) showed that the image quality characteristics of the inventive lens are not inferior to the same characteristics of the prototype.

Таким образом, выполнение инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием в соответствии с формулой заявляемых материалов позволяет уменьшить длину инфракрасного объектива относительно его максимального фокусного расстояния и увеличить интервал изменения фокусного расстояния при сохранении высокого качества изображения.Thus, the implementation of the infrared lens with a smoothly changing focal length in accordance with the formula of the claimed materials allows to reduce the length of the infrared lens relative to its maximum focal length and increase the interval for changing the focal length while maintaining high image quality.

Claims (1)

Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащий последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижный второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой линзы и второй отрицательной линзы, подвижный третий компонент, неподвижные четвертый и пятый компоненты, отличающийся тем, что во втором компоненте вторая линза выполнена выпукло-вогнутой, при этом фокусные расстояния f1 и f5, соответственно первого и пятого компонентов, выбираются в зависимости от максимального фокусного расстояния инфракрасного объектива следующими:Infrared lens with a smoothly varying focal length, containing a successively arranged stationary first component in the form of a positive convex-concave lens, a movable second component consisting of a first negative convex-concave lens and a second negative lens, a movable third component, motionless fourth and fifth components, characterized in that the second component of the second lens is formed convex-concave, while the focal lengths f 1 and f 5, respectively, the first and fifth components vybi ayutsya depending on the maximum focal distance of the infrared lens as follows: F1=(от 0,804 до 0,948)ft,F 1 = (from 0.804 to 0.948) f t , f5=(от 0,342 до 0,346)ft,f 5 = (from 0.342 to 0.346) f t , где f1 и f5 - фокусные расстояния первого и пятого компонентов соответственно;where f 1 and f 5 are the focal lengths of the first and fifth components, respectively; ft - максимальное фокусное расстояние объектива.f t is the maximum focal length of the lens.
RU2006128123/28A 2006-08-02 2006-08-02 Ir objective with smoothly changing focal length RU2321873C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128123/28A RU2321873C1 (en) 2006-08-02 2006-08-02 Ir objective with smoothly changing focal length

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128123/28A RU2321873C1 (en) 2006-08-02 2006-08-02 Ir objective with smoothly changing focal length

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006128123A RU2006128123A (en) 2008-02-10
RU2321873C1 true RU2321873C1 (en) 2008-04-10

Family

ID=39265913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006128123/28A RU2321873C1 (en) 2006-08-02 2006-08-02 Ir objective with smoothly changing focal length

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321873C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006128123A (en) 2008-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101642169B1 (en) Variable power optical system
RU2481602C1 (en) Dual-spectrum lens with discretely variable focal distance
CN107976794B (en) Lighting system of light sheet lighting microscope capable of changing thickness and length of light sheet
TW201725416A (en) Imaging zoom lens system providing an imaging zoom lens system to increase a focusing speed at a telephoto end andapproach a focusing speed at a wide angle end
CN102866485B (en) Long-wavelength infrared continuous zoom lens
JP2012242766A5 (en)
CN111283320B (en) Laser beam expanding lens and laser processing equipment
TWI440923B (en) Optical zoom lens
CN103403603A (en) Zoom lens and imaging device
RU2541420C1 (en) Infrared lens with two fields of view
JP2020085934A5 (en)
CN101788716B (en) Laser beam expanding system
KR20210129911A (en) Optical system and camera module for comprising the same
CN212379655U (en) Light and small uncooled long-wave infrared double-view-field lens
RU2321873C1 (en) Ir objective with smoothly changing focal length
CN111736327A (en) Light and small uncooled long-wave infrared double-view-field lens and imaging method thereof
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
CN109884801B (en) Continuous zoom laser shaping system
TWI457633B (en) Zoom lens
RU2442196C1 (en) Infrared objective lens with smoothly altering field of vision
RU2299454C1 (en) Infrared objective with fluently changing focal distance
KR20210129910A (en) Optical system and camera module for comprising the same
RU60740U1 (en) INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE
RU104331U1 (en) INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE
RU70584U1 (en) INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20111031