RU2386155C1 - Large-aperture lens - Google Patents

Large-aperture lens Download PDF

Info

Publication number
RU2386155C1
RU2386155C1 RU2008147021/28A RU2008147021A RU2386155C1 RU 2386155 C1 RU2386155 C1 RU 2386155C1 RU 2008147021/28 A RU2008147021/28 A RU 2008147021/28A RU 2008147021 A RU2008147021 A RU 2008147021A RU 2386155 C1 RU2386155 C1 RU 2386155C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
lenses
image
optical
curvature
Prior art date
Application number
RU2008147021/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Щеглов (RU)
Сергей Иванович Щеглов
Владимир Петрович Зарубин (RU)
Владимир Петрович Зарубин
Светлана Николаевна Зубок (RU)
Светлана Николаевна Зубок
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
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 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" filed Critical Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority to RU2008147021/28A priority Critical patent/RU2386155C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2386155C1 publication Critical patent/RU2386155C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: objective can be used for operation in the far-infrared range in thermal imaging devices. The objective has four lenses along the beam path: the first is a single positive meniscus whose concave surface faces the image, the second is a single negative meniscus whose concave surface faces the image, the third is a single negative meniscus whose convex surface faces the image, the fourth is a single positive meniscus whose convex surface faces the object. The modulus of the radius of curvature of the first optical surface of the fourth lens is less than that of the second optical surface. The first and fourth lenses are made from germanium, the second and third are made from optical oxygen-free infrared glass with refraction index for wavelength 10 mcm greater than 2.5 and less than 3.1. Radii of curvature of the lenses are linked by relationships given in the formula of invention.
EFFECT: improved technological effectiveness and transmission, increased focal distance and aperture ratio with high image quality.
1 dwg, 2 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 объектив [патент России №2183340; G02B 13/14, 9/34; опубл. 2002 г.], содержащий четыре линзы по ходу лучей, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению; вторая - вогнутоплоская линза, обращенная плоскостью к изображению; третья - плосковыпуклая линза, обращенная плоскостью к предмету, и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм. Объектив рассчитан для фокусного расстояния объектива - 51,14 мм, относительного отверстия - 1:1,65, угла поля зрения - 18 град., заднего фокального отрезка - 45,23 мм. Все линзы у него выполнены из германия с показателем преломления более 4.Known fast lens [patent of Russia No. 2183340; G02B 13/14, 9/34; publ. 2002], containing four lenses along the rays, the first of which is a positive meniscus, facing a concavity to the image; the second is a concave lens facing the image with a plane; the third is a plano-convex lens, facing the subject with a plane, and the fourth is a positive meniscus, convex to the subject. This lens works in the wavelength range from 8 to 12.5 microns. The lens is designed for the focal length of the lens - 51.14 mm, the relative aperture - 1: 1.65, the angle of the field of view - 18 degrees., The rear focal segment - 45.23 mm. All of his lenses are made of Germany with a refractive index of more than 4.

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет малые фокусное расстояние и относительное отверстие.This lens is close in design to the claimed, but has a small focal length and relative aperture.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является светосильный объектив [Россия, свидетельство на полезную модель №26664; G02B 13/14, 9/34, 9/56, 3/02, опубл. 2002 г.], содержащий четыре линзы, первая из которых (по ходу лучей) - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья и четвертая - положительные мениски, обращенные выпуклостью к предмету. Вторая, вогнутая поверхность первой линзы выполнена асферической, радиус кривизны первой оптической поверхности четвертой линзы по модулю меньше радиуса второй оптической поверхности четвертой линзы и имеют место соотношения:The closest analogue to the claimed technical solution is a fast lens [Russia, utility model certificate No. 26664; G02B 13/14, 9/34, 9/56, 3/02, publ. 2002], containing four lenses, the first of which (along the rays) is the positive meniscus facing the concavity to the image, the second is the negative meniscus facing the concavity to the object, the third and fourth are positive menisci facing the convex to the subject. The second, concave surface of the first lens is aspherical, the radius of curvature of the first optical surface of the fourth lens is less in magnitude than the radius of the second optical surface of the fourth lens, and the following relations hold:

|R5|<|R6|,| R 5 | <| R 6 |,

|R3|<|R6|,| R 3 | <| R 6 |,

d3≤0,01R5,d 3 ≤0.01R 5 ,

где R3, R5, R6 - радиусы кривизны третьей, пятой и шестой по ходу лучей оптических поверхностей;where R 3 , R 5 , R 6 are the radii of curvature of the third, fifth and sixth along the rays of the optical surfaces;

d3 - толщина третьего компонента.d 3 is the thickness of the third component.

Кроме того, имеет место равенство:In addition, there is equality:

R5/R6=0,1192.R 5 / R 6 = 0.1192.

Отношение величины третьего воздушного промежутка к фокусному расстоянию всего объектива равно 0,00323.The ratio of the size of the third air gap to the focal length of the entire lens is 0.00323.

Данный объектив работает в диапазоне длин волн от 8 до 12,5 мкм и рассчитан для фокусного расстояние объектива - 62 мм, относительного отверстия - 1:2, угла поля зрения - 16 град, заднего фокального отрезка - 52,78 мм. Все линзы выполнены из германия с показателем преломления более 4.This lens works in the wavelength range from 8 to 12.5 microns and is designed for the focal length of the lens - 62 mm, relative aperture - 1: 2, field of view - 16 degrees, rear focal length - 52.78 mm. All lenses are made of Germany with a refractive index of more than 4.

Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет малое фокусное расстояние и относительное отверстие, а также недостаточную технологичность, так как содержит асферическую оптическую поверхность, изготовление которой более трудоемко, чем сферической. Кроме того, все радиусы по модулю - разные, что не позволяет производить унификацию эталонных пробных стекол. Все линзы данного объектива выполнены из германия, который имеет пониженное пропускание для длин волн более 10 мкм.This lens is close in design to the claimed one, however, it has a small focal length and relative aperture, as well as insufficient manufacturability, as it contains an aspherical optical surface, the manufacture of which is more time-consuming than spherical. In addition, all the radii modulo are different, which does not allow the unification of reference test glasses. All lenses of this lens are made of germanium, which has a reduced transmission for wavelengths greater than 10 microns.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной технологичностью.The objective of the invention is the creation of a fast lens with improved performance and high adaptability.

Технический результат - повышение технологичности и пропускания, увеличение фокусного расстояния и относительного отверстия при высоком качестве изображения.The technical result is an increase in manufacturability and transmittance, an increase in focal length and relative aperture with high image quality.

Это достигается тем, что в светосильном объективе, состоящем из четырех одиночных линз по ходу лучей: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, третья - мениск и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом радиус кривизны первой оптической поверхности четвертой линзы по модулю меньше радиуса кривизны второй оптической поверхности четвертой линзы, кроме того, первая и четвертая линзы выполнены из германия, а вторая и третья линзы выполнены из одинакового материала, в отличие от известного вторая линза обращена вогнутостью к изображению, третья линза - отрицательная и обращена выпуклостью к изображению, причем все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, а вторая и третья линзы выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла с показателем преломления для длины волны 10 мкм более 2,5 и менее 3,1 и имеют место условия:This is achieved by the fact that in a fast lens consisting of four single lenses along the rays: the first is the positive meniscus facing the concavity to the image, the second is the negative meniscus, the third is the meniscus facing the convex to the object, and the radius of curvature of the first optical surface of the fourth lens is less in magnitude than the radius of curvature of the second optical surface of the fourth lens, in addition, the first and fourth lenses are made of germanium, and the second and third lenses are made of the same material, unlike the known one, the second lens is turned concavity to the image, the third lens is negative and convex to the image, all optical surfaces of the fast lens are made spherical, and the second and third lenses are made of optical oxygen-free infrared glass with a refractive index for length waves of 10 microns more than 2.5 and less than 3.1 and the conditions are:

|R5|=|R7|,| R 5 | = | R 7 |,

|R3|>|R6|,| R 3 |> | R 6 |,

0,8<R5/R6<0,97,0.8 <R 5 / R 6 <0.97,

где R3, R5, R6, R7 - радиусы кривизны третьей, пятой, шестой и седьмой по ходу лучей оптических поверхностей.where R 3 , R 5 , R 6 , R 7 are the radii of curvature of the third, fifth, sixth and seventh along the rays of the optical surfaces.

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

Светосильный объектив состоит из четырех линз по ходу лучей: первой линзы - одиночного положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, второй линзы - одиночного отрицательного мениска 2, обращенного вогнутостью к изображению, третьей линзы - одиночного отрицательного мениска 3, обращенного выпуклостью к изображению, и четвертой линзы - одиночного положительного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету. За мениском 4 может быть расположена плоскопараллельная пластина или пластины.A fast lens consists of four lenses along the rays: the first lens is a single positive meniscus 1, facing concavity to the image, the second lens is a single negative meniscus 2, facing concavity to the image, the third lens is a single negative meniscus 3, facing convex to the image, and the fourth lens is a single positive meniscus 4, convex to the subject. Behind the meniscus 4, a plane-parallel plate or plates may be located.

Предложенная оптическая система работает как собирающий из бесконечности объектив.The proposed optical system works like a lens collecting from infinity.

Объектив работает следующим образом: световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан).The lens works as follows: the light flux from an object located at infinity enters the lens, where it passes through lenses 1, 2, 3, 4 and forms an image of the object in the plane of the best setting in which the optical radiation receiver (not shown) is installed.

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектив, исправленный в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.In accordance with the proposed solution, an aperture lens is calculated, corrected in the spectral range from 8 to 12.5 microns.

Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 1.The design parameters of the lens are shown in table 1.

Характеристики рассчитанного объектива:Characteristics of the calculated lens:

фокусное расстояниеfocal length 130 мм130 mm относительное отверстиеrelative hole 1:1,41: 1.4 угол поля зренияfield of view angle 9 град.9 deg. задний фокальный отрезокback focal length 9,45 мм9.45 mm задний фокальный отрезок без учетаback focal length excluding защитного стеклаsafety glass 18,7 мм18.7 mm

апертурная диафрагма расположена за линзой 2 на расстоянии 36,8 мм.the aperture diaphragm is located behind the lens 2 at a distance of 36.8 mm

Таблица 1Table 1 Радиусы, ммRadii, mm Толщины, ммThickness mm МатериалMaterial Показатель преломления для λ=10 мкмRefractive index for λ = 10 μm Световой диаметр, ммLight diameter mm R1=25,31R 1 = 25.31 9090 d1=6d 1 = 6 GeGe 4,00244,0024 R2=176,2R 2 = 176.2 88,288.2 d2=14d 2 = 14 1one R3=552,1R 3 = 552.1 80,9280.92 d3=5,5d 3 = 5.5 ИКС25IKS25 2,76752.7675 R4=406,4R 4 = 406.4 78,978.9 d4=102,54d 4 = 102.54 1one R5=-35,48R 5 = -35.48 31,7231.72 d5=2,7d 5 = 2.7 ИКС25IKS25 2,76752.7675 R6=-37,84R 6 = -37.84 33,133.1 d6=0,3d 6 = 0.3 1one R7=35,48R 7 = 35.48 30,830.8 d7=2,7d 7 = 2.7 GeGe 4,00244,0024 R8=36,64R 8 = 36.64 2929th d8=9d 8 = 9 1one R9=∞R 9 = ∞ 30thirty d9=1d 9 = 1 GeGe 4,00244,0024 R10=∞R 10 = ∞ 30thirty

В предлагаемом варианте изобретения имеют место равенства:In the proposed embodiment of the invention, there are equalities:

|R5|=|R7|=35,48| R 5 | = | R 7 | = 35.48

R5/R6=0,9376,R 5 / R 6 = 0.9376,

где R5, R6, R7 - радиусы кривизны пятой, шестой и седьмой по ходу лучей оптических поверхностей.where R 5 , R 6 , R 7 are the radii of curvature of the fifth, sixth and seventh along the rays of the optical surfaces.

Кроме того, показатель преломления материала второй и третьей линз для длины волны 10 мкм равен 2,7675, а вторая и третья линзы выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла марки ИКС25.In addition, the refractive index of the material of the second and third lenses for a wavelength of 10 μm is 2.7675, and the second and third lenses are made of optical oxygen-free infrared glass of the IKS25 brand.

В табл.2 приведены аберрации для длины волны 10 мкм предложенного светосильного объектива.Table 2 shows the aberrations for a wavelength of 10 μm of the proposed aperture lens.

Таблица 2table 2 Вид аберрацииType of aberration Предложенный объектив (не более)Proposed lens (no more) Поперечная сферическая аберрация для точки на оси при относительном отверстии 1:1,4Transverse spherical aberration for a point on the axis with a relative aperture of 1: 1.4 0,012 мм0.012 mm Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2W=9 град.Transverse aberration of a wide inclined beam in the meridional section for the field of view 2W = 9 deg. 0,006 мм0.006 mm Поперечная аберрация широкого наклонного пучка в сагиттальном сечении для поля зрения 2W=9 град.Transverse aberration of a wide inclined beam in a sagittal section for a field of view 2W = 9 deg. 0,016 мм0.016 mm Меридиональный астигматический отрезок Х'м для поля зрения 2W=9 град.The meridional astigmatic segment X ' m for the field of view 2W = 9 degrees. 0,033 мм0.033 mm Сагиттальный астигматический отрезок X's для поля зрения 2W=9 град.Sagittal astigmatic segment X ' s for the field of view 2W = 9 degrees. -0,029 мм-0.029 mm Дисторсия для поля зрения 2W=9 град.Distortion for the field of view 2W = 9 deg. -0,018%-0.018%

Предложенный объектив содержит только сферические оптические поверхности и у двух поверхностей равны по модулю радиусы кривизны сферических оптических поверхностей, что обеспечивает ему более высокую технологичность. Кроме того, предложенный объектив имеет фокусное расстояние 130 мм и высокое качество изображения, что следует из таблицы 2. В предложенном объективе второй и третий компоненты выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла марки ИКС25, что обеспечивает большее пропускание.The proposed lens contains only spherical optical surfaces and the radii of curvature of the spherical optical surfaces are equal in absolute value for two surfaces, which provides it with a higher manufacturability. In addition, the proposed lens has a focal length of 130 mm and high image quality, which follows from table 2. In the proposed lens, the second and third components are made of optical oxygen-free infrared glass brand IKS25, which provides greater transmission.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм с повышенной технологичностью и пропусканием, увеличенным фокусным расстоянием и относительным отверстием при высоком качестве изображения.Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained: a high-aperture lens is created for the spectral range from 8 to 12.5 μm with increased manufacturability and transmission, increased focal length and relative aperture with high image quality.

Claims (1)

Светосильный объектив, состоящий из четырех одиночных линз по ходу лучей: первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, третья - мениск и четвертая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, при этом радиус кривизны первой оптической поверхности четвертой линзы по модулю меньше радиуса кривизны второй оптической поверхности четвертой линзы, кроме того, первая и четвертая линзы выполнены из германия, а вторая и третья линзы выполнены из одинакового материала, отличающийся тем, что вторая линза обращена вогнутостью к изображению, третья линза - отрицательная и обращена выпуклостью к изображению, причем все оптические поверхности светосильного объектива выполнены сферическими, а вторая и третья линзы выполнены из оптического бескислородного инфракрасного стекла с показателем преломления для длины волны 10 мкм более 2,5 и менее 3,1 и имеют место условия:
|R5|=|R7|,
|R3|>|R6|,
0,8<R5/R6<0,97,
где R3, R5, R6, R7 - радиусы кривизны третьей, пятой, шестой и седьмой по ходу лучей оптических поверхностей.
A fast lens consisting of four single lenses along the rays: the first one is the positive meniscus facing the concavity of the image, the second is the negative meniscus, the third is the meniscus and the convex meniscus is convex to the object, and the radius of curvature of the first optical surface the fourth lens is less in magnitude than the radius of curvature of the second optical surface of the fourth lens, in addition, the first and fourth lenses are made of germanium, and the second and third lenses are made of the same material, characterized in that the second lens is concave toward the image, the third lens is negative and convex towards the image, all optical surfaces of the fast lens are made spherical, and the second and third lenses are made of optical oxygen-free infrared glass with a refractive index for a wavelength of 10 μm or more 2.5 and less than 3.1 and the following conditions apply:
| R 5 | = | R 7 |,
| R 3 |> | R 6 |,
0.8 <R 5 / R 6 <0.97,
where R 3 , R 5 , R 6 , R 7 are the radii of curvature of the third, fifth, sixth and seventh along the rays of the optical surfaces.
RU2008147021/28A 2008-11-28 2008-11-28 Large-aperture lens RU2386155C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147021/28A RU2386155C1 (en) 2008-11-28 2008-11-28 Large-aperture lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008147021/28A RU2386155C1 (en) 2008-11-28 2008-11-28 Large-aperture lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2386155C1 true RU2386155C1 (en) 2010-04-10

Family

ID=42671270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008147021/28A RU2386155C1 (en) 2008-11-28 2008-11-28 Large-aperture lens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2386155C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2477502C1 (en) * 2011-08-10 2013-03-10 Татьяна Николаевна Хацевич High-aperture lens with angular field of not less than 25 degrees for thermal imager (versions)
CN103345047A (en) * 2013-07-10 2013-10-09 北京空间机电研究所 Light small-size medium-wave infrared continuous zooming imaging lens
RU2538423C1 (en) * 2013-10-08 2015-01-10 Открытое акционерное общество "Швабе-Приборы" Athermalised lens for infrared spectral region
RU2586273C1 (en) * 2015-01-21 2016-06-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" High-aperture lens
CN110412729A (en) * 2018-04-28 2019-11-05 宁波舜宇车载光学技术有限公司 Optical lens
RU2718145C1 (en) * 2019-09-30 2020-03-30 Акционерное общество "Вологодский оптико-механический завод" Fast infrared lens

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2477502C1 (en) * 2011-08-10 2013-03-10 Татьяна Николаевна Хацевич High-aperture lens with angular field of not less than 25 degrees for thermal imager (versions)
CN103345047A (en) * 2013-07-10 2013-10-09 北京空间机电研究所 Light small-size medium-wave infrared continuous zooming imaging lens
RU2538423C1 (en) * 2013-10-08 2015-01-10 Открытое акционерное общество "Швабе-Приборы" Athermalised lens for infrared spectral region
RU2586273C1 (en) * 2015-01-21 2016-06-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" High-aperture lens
CN110412729A (en) * 2018-04-28 2019-11-05 宁波舜宇车载光学技术有限公司 Optical lens
CN110412729B (en) * 2018-04-28 2021-10-22 宁波舜宇车载光学技术有限公司 Optical lens
RU2718145C1 (en) * 2019-09-30 2020-03-30 Акционерное общество "Вологодский оптико-механический завод" Fast infrared lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2386155C1 (en) Large-aperture lens
RU2506616C1 (en) High-speed infrared lens
RU2611100C1 (en) High-aperture lens
RU2411555C1 (en) Large-aperture lens
RU2348059C1 (en) Large-aperture lens
RU2645912C1 (en) High-aperture lens
RU2396581C1 (en) Large-aperture lens
RU163268U1 (en) TWO-LENS LENS
RU162339U1 (en) TWO-LENS LENS
RU162318U1 (en) TWO-LENS LENS
RU2586273C1 (en) High-aperture lens
RU2517760C1 (en) Collimator lens
RU2358300C1 (en) High-speed lens
RU2445659C1 (en) Large-aperture lens
RU2384868C1 (en) Doublet objective lens
RU2316795C1 (en) Two-lens objective
RU2304795C1 (en) Objective
RU2315341C1 (en) Fast lens for near ir-spectrum range
RU2726261C1 (en) High-output lens
RU126479U1 (en) LIGHT LIGHT
RU2359293C1 (en) Large aperture lens system
RU2726263C1 (en) High-output lens
RU2351967C1 (en) Fast lens
RU2726280C1 (en) High-output lens
RU2281536C1 (en) Infrared lens with remote entrance pupil

Legal Events

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

Effective date: 20131129