RU2403598C1 - Large aperture lens for thermal imaging device - Google Patents
Large aperture lens for thermal imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403598C1 RU2403598C1 RU2009106697/28A RU2009106697A RU2403598C1 RU 2403598 C1 RU2403598 C1 RU 2403598C1 RU 2009106697/28 A RU2009106697/28 A RU 2009106697/28A RU 2009106697 A RU2009106697 A RU 2009106697A RU 2403598 C1 RU2403598 C1 RU 2403598C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- lenses
- image
- optical power
- positive meniscus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к линзовым светосильным объективам для тепловизионных приборов, работающих в дальней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизорах с матричными приемниками, регистрирующими излучение, например, от 8 до 9 мкм.The present invention relates to optical instrumentation, and in particular to aperture lenses for thermal imaging devices operating in the far infrared (IR) region of the spectrum, and can be used in thermal imagers with matrix receivers that record radiation, for example, from 8 to 9 μm.
Известен линзовый светосильный объектив для ИК-области спектра [авторское свидетельство СССР № 436610, G02B 13/14, 1972]. Объектив содержит три компонента, первый и третий из которых положительные, выполненные в виде одиночных менисков, обращенных вогнутостью к изображению, а второй - отрицательный, выполненный в виде одиночной плосковогнутой линзы, при этом первый и второй компоненты расположены близко друг к другу, а третий компонент отстоит от второго на расстоянии 0.78 фокусного расстояния объектива. Такое построение компонентов в сочетании с выбранными материалами (германий, кремний) позволяет получить объектив с относительным отверстием до 1:0.7, угловым полем 6°, при фокусном расстоянии 50 мм. Объектив работает в области спектра от 2 до 14 мкм. Недостатком объектива является малое угловое поле, что не позволяет использовать его в современных ИК-приборах, работающих с современными матричными приемниками излучения.Known lens fast lens for the infrared region of the spectrum [USSR copyright certificate No. 436610, G02B 13/14, 1972]. The lens contains three components, the first and third of which are positive, made in the form of single menisci facing concavity to the image, and the second is negative, made in the form of a single plane-concave lens, while the first and second components are located close to each other, and the third component distant from the second at a distance of 0.78 focal length of the lens. Such a construction of components in combination with the selected materials (germanium, silicon) allows you to get a lens with a relative aperture of up to 1: 0.7, an angular field of 6 °, and a focal length of 50 mm. The lens operates in the spectral range from 2 to 14 microns. The disadvantage of the lens is a small angular field, which does not allow its use in modern infrared devices that work with modern matrix radiation detectors.
Известен также линзовый ИК-объектив [авторское свидетельство СССР № 1529961, G02B 13/14, 1988]. Объектив содержит два положительных компонента, первый из которых выполнен из трех одиночных линз, соответственно из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью друг к другу, за которыми установлена апертурная диафрагма и третья линза, выполненная в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту с оптической силой порядка 0.001-0.0015 оптической силы объектива, а второй компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Все линзы выполнены из германия. Такое построение позволило получить объектив с относительным отверстием до 1:0.7, угловым полем до 21° при фокусном расстоянии 50 мм. Недостатком объектива является недостаточное угловое поле.Also known lens IR lens [USSR copyright certificate No. 1529961, G02B 13/14, 1988]. The lens contains two positive components, the first of which is made of three single lenses, respectively, of the positive and negative menisci facing concavity to each other, behind which there is an aperture diaphragm and a third lens made in the form of a positive meniscus facing concavity to the object with optical power of the order of 0.001-0.0015 of the optical power of the lens, and the second component is made in the form of a meniscus facing concavity to the image. All lenses are made from Germany. Such a construction made it possible to obtain a lens with a relative aperture of up to 1: 0.7, an angular field of up to 21 ° at a focal length of 50 mm. The disadvantage of the lens is the insufficient angular field.
Наиболее близким по технической сущности и выбранный авторами за прототип является линзовый объектив для инфракрасной области спектра [патент РФ № 2050566, G02B 13/14, 1995]. Объектив содержит четыре линзы, первая из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а четвертая линза - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. При этом второй и четвертый компоненты выполнены из материала с показателем преломления не менее 4.0, а третий не более 3.4 и с оптической силой, составляющей 0.69-0.7 оптической силы объектива.The closest in technical essence and selected by the authors for the prototype is a lens for the infrared region of the spectrum [RF patent No. 2050566, G02B 13/14, 1995]. The lens contains four lenses, the first of which is the positive meniscus facing concavity to the image, the second lens is the negative meniscus facing concavity to the object, the third lens is the positive meniscus facing concavity to the subject, and the fourth lens is the positive meniscus facing concavity to the image. In this case, the second and fourth components are made of material with a refractive index of at least 4.0, and the third is not more than 3.4 and with an optical power of 0.69-0.7 of the optical power of the lens.
Такое построение линз в сочетании с показателями преломления оптических материалов позволило получить объектив с относительным отверстием 1:1 и угловым полем 32°45'.This construction of the lenses in combination with the refractive indices of optical materials made it possible to obtain a lens with a relative aperture of 1: 1 and an angular field of 32 ° 45 '.
Недостатком объектива является то, что он не может работать в области спектра за пределом, превышающим 5 мкм.The disadvantage of the lens is that it cannot work in the spectral region beyond a limit exceeding 5 microns.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания светосильного (с относительным отверстием порядка 1:1) и высокоразрешающего перспективного объектива для тепловизионных приборов, регистрирующих тепловое излучение в дальней ИК-области спектра 8-14 мкм, с угловым полем порядка 25° и дифракционно-ограниченным качеством изображения, позволяющим работать с пикселями матриц, достигающими 20 мкм, уменьшенной терморасфокусировкой и высокой технологичностью.The present invention solves the problem of creating a fast (with a relative aperture of the order of 1: 1) and high-resolution perspective lens for thermal imaging devices that detect thermal radiation in the far infrared region of the spectrum of 8-14 μm, with an angular field of the order of 25 ° and diffraction-limited image quality, allowing working with matrix pixels up to 20 microns, reduced thermal defocusing and high adaptability.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в объективе, состоящем из четырех линз, первая из которых представляет собой положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, третья - положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, а четвертая - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая линза выполнена двояковогнутой, сумма оптических сил всех линз не превышает 0.15 оптической силы объектива, а сумма оптических сил первых двух линз отрицательная и составляет по абсолютной величине не менее 0.8 оптической силы объектива.The technical result due to the task is achieved by the fact that in a lens consisting of four lenses, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the image, the second is a negative meniscus facing concavity to the object, and the third is a positive meniscus facing concavity to subject, and the fourth is a positive meniscus facing concavity to the image, the second lens is biconcave, the sum of the optical powers of all lenses does not exceed 0.15 of the optical power of the lens, and the sums and the optical power of the first two lenses is negative and amounts to at least 0.8 of the optical power of the lens in absolute value.
Из распределения оптических сил между группами линз следует, что объектив выполнен по схеме «инвертированный телеобъектив».From the distribution of optical forces between groups of lenses it follows that the lens is made according to the "inverted telephoto lens" scheme.
На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема объектива, на фиг.2 представлены графики монохроматических аберраций, а на фиг.3 - графики хроматических аберраций, на фиг.4 - графики ЧКХ.Figure 1 presents a schematic optical diagram of the lens, figure 2 shows graphs of monochromatic aberrations, and figure 3 - graphs of chromatic aberrations, figure 4 - graphs of frequency response.
В табл.1 представлены оптические характеристики, в табл.2 приведены в качестве примера конструктивные параметры объектива, в табл.3 приведены относительные оптические силы линз.Table 1 shows the optical characteristics, table 2 shows as an example the design parameters of the lens, and table 3 shows the relative optical powers of the lenses.
1.000000SHOW. BREAKDOWN.
1.000000
Светосильный объектив содержит расположенные по ходу луча положительный мениск 1, первая поверхность которого служит апертурной диафрагмой, двояковогнутую линзу 2, положительные мениски 3 и 4.The fast lens contains a
Представленные графики аберраций свидетельствуют о незначительности последних, что подтверждается графиками ЧКХ. Из последних нетрудно видеть, что при пространственной частоте 25 мм-1, что является частотой Найт-квиста для матрицы с пикселами 20×20 мкм, коэффициент передачи контраста k составляет в центре поля k0>0.65, на зоне поля k3>0.6 и на краю поля k1>0.5.The presented graphs of aberrations indicate the insignificance of the latter, which is confirmed by the graphs of the frequency response. From the latter it is easy to see that at a spatial frequency of 25 mm −1 , which is the Knight frequency for a matrix with pixels of 20 × 20 μm, the contrast transfer coefficient k is in the center of the field k 0 > 0.65, in the field zone k 3 > 0.6 and at the edge of the field k 1 > 0.5.
В табл.3 приведены относительные оптические силы линз, откуда видно, что суммарная относительная оптическая сила всех четырех линз составляет 0.128, а сумма оптических сил первых двух линз равна -0.903.Table 3 shows the relative optical powers of the lenses, which shows that the total relative optical power of all four lenses is 0.128, and the sum of the optical powers of the first two lenses is -0.903.
Все линзы выполнены из кремния, что по сравнению с германием позволяет уменьшить терморасфокусировку примерно в полтора раза. Объектив не содержит асферических поверхностей и в высокой степени технологичен. Высокое качество изображения в пределах всего поля достигнуто благодаря тому, что сумма оптических сил всех линз не превышает 0.15 оптической силы всего объектива, а сумма оптических сил первых двух линз отрицательная и составляет по абсолютному значению не менее 0.8 оптической силы всего объектива, а вторая линза выполнена двояковогнутой.All lenses are made of silicon, which, compared with germanium, can reduce thermal defocusing by about one and a half times. The lens does not contain aspherical surfaces and is highly technological. High image quality within the entire field was achieved due to the fact that the sum of the optical powers of all lenses does not exceed 0.15 of the optical power of the entire lens, and the sum of the optical powers of the first two lenses is negative and amounts to at least 0.8 of the optical power of the entire lens in absolute value, and the second lens is made biconcave.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР № 436610, МПК G02B 13/14, 1972.1. USSR Copyright Certificate No. 436610, IPC G02B 13/14, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР № 1529961, МПК G2B 13/14 1988.2. USSR author's certificate No. 1529961, IPC G2B 13/14 1988.
3. Патент РФ № 2050566, МПК G02B 13/14, 1995.3. RF patent No. 2050566, IPC G02B 13/14, 1995.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009106697/28A RU2403598C1 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Large aperture lens for thermal imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009106697/28A RU2403598C1 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Large aperture lens for thermal imaging device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009106697A RU2009106697A (en) | 2010-08-27 |
RU2403598C1 true RU2403598C1 (en) | 2010-11-10 |
Family
ID=42798557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009106697/28A RU2403598C1 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Large aperture lens for thermal imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2403598C1 (en) |
Cited By (3)
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) |
RU2503047C1 (en) * | 2012-06-27 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") | Dual band infrared lens |
RU170736U1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-05-04 | Акционерное общество "ЛОМО" | LIGHT LIGHT FOR INFRARED SPECTRUM |
-
2009
- 2009-02-25 RU RU2009106697/28A patent/RU2403598C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
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) |
RU2503047C1 (en) * | 2012-06-27 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") | Dual band infrared lens |
RU170736U1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-05-04 | Акционерное общество "ЛОМО" | LIGHT LIGHT FOR INFRARED SPECTRUM |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009106697A (en) | 2010-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101214601B1 (en) | Athermalized infrared lens module | |
US20130279027A1 (en) | Color-corrected f-theta objective for laser material processing | |
KR20150000387U (en) | F- -theta objective | |
RU2630195C1 (en) | Infrared telephoto lens with two vision fields | |
US20130003168A1 (en) | Infrared Zoom Lens | |
TWI438472B (en) | Lens module system | |
RU2506616C1 (en) | High-speed infrared lens | |
RU2541420C1 (en) | Infrared lens with two fields of view | |
JP6046264B2 (en) | Near-infrared laser focus lens and laser printing device | |
RU2403598C1 (en) | Large aperture lens for thermal imaging device | |
RU2578661C1 (en) | Infrared lens with smoothly varying focal distance | |
RU2663313C1 (en) | Telephoto lens with two fields of view for the spectrum middle ir area | |
RU2543693C1 (en) | Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region | |
RU2419113C1 (en) | Optical system with pinhole aperture for middle infrared range | |
RU2678957C1 (en) | Wide-angle high-power infrared lens | |
RU2348953C1 (en) | Infrared rapid three-lens objective | |
US20160116719A1 (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
KR101235579B1 (en) | Infrared microscope lens module | |
RU2348059C1 (en) | Large-aperture lens | |
RU2594955C1 (en) | Telescopic lens for infrared spectrum | |
RU134671U1 (en) | LIGHT LIGHT FOR IR IR SPECTRUM | |
RU2629888C1 (en) | High-aperture lens for infrared spectrum region | |
RU2621366C1 (en) | Compact lens of mid-infrared range | |
RU2410733C1 (en) | Double-spectrum infrared lens having aperture diaphragm in image space | |
RU2662032C1 (en) | Photographic telephoto lens |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170226 |