RU2569429C1 - Infrared lens with smoothly variable focal distance - Google Patents
Infrared lens with smoothly variable focal distance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569429C1 RU2569429C1 RU2014147572/28A RU2014147572A RU2569429C1 RU 2569429 C1 RU2569429 C1 RU 2569429C1 RU 2014147572/28 A RU2014147572/28 A RU 2014147572/28A RU 2014147572 A RU2014147572 A RU 2014147572A RU 2569429 C1 RU2569429 C1 RU 2569429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- component
- concave
- convex
- negative
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства.The invention relates to optical instrumentation and can be used in thermal imaging devices with a smooth change in the angular dimensions of the observed space.
Известен инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (заявка US 2011/0216398 А1, МПК7 G02B 13/14, 13/18, опубл. 08.09. 2011, схема на фиг. 4), содержащий первый неподвижный компонент с фокусным расстоянием f′1, второй подвижный компонент с фокусным расстоянием f′2, третий неподвижный компонент с фокусным расстоянием f′3 и четвертый подвижный компонент с фокусным расстоянием f′4. Фокусное расстояние объектива изменяется от 35 (f′min) до 100 (f′max) мм, кратность изменения фокусного расстояния М=f′max/f′min=2,85×, при этом выполнены следующие соотношения: f′/f′max=l,25; f′2/f′max=-0,4; f′3/f′max=2,0. В объективе шесть асферических поверхностей.Known infrared lens with a continuously variable focal length (application US 2011/0216398 A1, IPC 7 G02B 13/14, 13/18, publ. 08.09. 2011, the circuit in Fig. 4), containing the first stationary component with a focal length f ′ 1 , a second movable component with a focal length f ′ 2 , a third fixed component with a focal length f ′ 3, and a fourth movable component with a focal length f ′ 4 . The focal length of the lens varies from 35 (f ′ min ) to 100 (f ′ max ) mm, the multiplicity of the focal length changes M = f ′ max / f ′ min = 2.85 × , and the following relations are fulfilled: f ′ / f ′ max = l, 25; f ′ 2 / f ′ max = -0.4; f ′ 3 / f ′ max = 2.0. The lens has six aspherical surfaces.
Недостатком этого инфракрасного объектива является малая кратность изменения фокусного расстояния.The disadvantage of this infrared lens is its low focal length.
Также известна инфракрасная система с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (патент CN 102866485 А, МПК7 G02B 15/173, 15/20, опубл. 01.09. 2013), которая содержит пять линзовых компонентов и два плоских зеркала для изменения направления оптической оси. Первый, четвертый и пятый линзовые компоненты неподвижные, а второй и третий перемещаются вдоль оптической оси. Фокусное расстояние системы изменяется от 60 до 420 мм, кратность изменения фокусного расстояния М=7×. Длина системы от первой поверхности до плоскости изображения 760 мм, при этом второй подвижный компонент перемещается на 162,36 мм, а третий - на 7,5 мм. В системе четыре асферические и три асферо-дифракционные поверхности.Also known is an infrared system with a continuously variable focal length (patent CN 102866485 A, IPC 7 G02B 15/173, 15/20, published 01.09. 2013), which contains five lens components and two flat mirrors for changing the direction of the optical axis. The first, fourth and fifth lens components are stationary, and the second and third move along the optical axis. The focal length of the system varies from 60 to 420 mm, the magnification of the change in the focal length M = 7 × . The length of the system from the first surface to the image plane is 760 mm, while the second movable component moves by 162.36 mm, and the third by 7.5 mm. The system has four aspherical and three aspheric-diffraction surfaces.
Недостатками такой инфракрасной системы являются большая длина и большое перемещение второго компонента.The disadvantages of such an infrared system are the large length and large displacement of the second component.
Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности и количеству совпадающих признаков является инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (патент РФ на изобретение №2299454, МПК7 G02B 13/16, 13/14, опубл. 25.05.2007, Бюл. №14), содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй отрицательной двояковогнутой линз, и третий компонент в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, неподвижные четвертый компонент в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы и пятый компонент, состоящий из двух положительных выпукло-вогнутых линз.The closest to the claimed lens in terms of technical nature and the number of matching features is an infrared lens with a smoothly changing focal length (RF patent for the invention No. 2299454, IPC 7 G02B 13/16, 13/14, publ. 25.05.2007, Bull. No. 14) comprising a stationary first component in the form of a positive convex-concave lens, movable second component consisting of a first negative convex-concave and a second negative biconcave lens, and a third component in the form of a negative a concave-convex lens, motionless fourth component in the form of a positive concave-convex lens and a fifth component, consisting of two positive convex-concave lenses.
Объектив предназначен для работы в дальнем инфракрасном диапазоне спектра; фокусное расстояние изменяется от 60 мм до 300 мм, кратность изменения фокусного расстояния М=5×. Изменение фокусного расстояния осуществляется одновременным перемещением вдоль оптической оси второго и третьего компонентов, причем второй компонент перемещается на 182 мм, а третий - на 67,6 мм от исходного положения. Длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения L составляет 443,75 мм; коэффициент телеукорочения TL=L/ f''max=1,48. Объектив работает с относительным отверстием 1:2, при этом апертурная диафрагма совмещена с первой поверхностью первой линзы пятого компонента. В рассматриваемом объективе для фокусных расстояний первого f′I, второго f′II, пятого f′V компонентов и максимального фокусного расстояния выполнены следующие соотношения: f′I/f′max=l,22; f′II/f′max=-0,49; f′V/f′max=0,42.The lens is designed to operate in the far infrared spectrum; the focal length varies from 60 mm to 300 mm, the magnification of the change in focal length M = 5 × . The focal length is changed by simultaneously moving along the optical axis of the second and third components, the second component moving 182 mm and the third 67.6 mm from the starting position. The length of the lens from the first surface to the image plane L is 443.75 mm; tele-shortening coefficient T L = L / f '' max = 1.48. The lens works with a relative aperture of 1: 2, while the aperture diaphragm is aligned with the first surface of the first lens of the fifth component. In this lens, for the focal lengths of the first f ′ I , second f ′ II , fifth f ′ V components and the maximum focal length, the following relations are fulfilled: f ′ I / f ′ max = l, 22; f ′ II / f ′ max = -0.49; f ′ V / f ′ max = 0.42.
Недостатками описанного инфракрасного объектива являются небольшая кратность изменения фокусного расстояния, большие значения перемещений подвижных компонентов и коэффициента телеукорочения (длина системы в 1,5 раза превышает его фокусное расстояние). Кроме того, расположение апертурной диафрагмы внутри системы не обеспечивает оптимального сопряжения с современными матричными охлаждаемыми приемниками излучения, что понижает освещенность на краю изображения вследствие виньетирования наклонных пучков лучей и приводит к ухудшению качества изображения.The disadvantages of the described infrared lens are the small magnification of the focal length, large displacements of the moving components and the tele-shortening coefficient (the length of the system is 1.5 times its focal length). In addition, the location of the aperture diaphragm inside the system does not provide optimal interfacing with modern matrix-cooled cooled radiation detectors, which reduces the illumination at the edge of the image due to the vignetting of inclined beams of rays and leads to a deterioration in image quality.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение кратности плавного изменения фокусного расстояния при уменьшении величины перемещения подвижных компонентов и коэффициента телеукорочения и вынос апертурной диафрагмы в пространство между объективом и плоскостью изображения.The problem to which the invention is directed is to increase the magnification of a smooth change in the focal length while decreasing the magnitude of the movement of the moving components and the tele-shortening coefficient and moving the aperture diaphragm into the space between the lens and the image plane.
Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасном объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащем последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй компонент, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой и второй отрицательной двояковогнутой линз, и третий компонент, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент, содержащий вогнуто-выпуклую линзу, и пятый компонент, состоящий из первой выпукло-вогнутой и второй положительной линз, линза третьего компонента выполнена положительной двояковыпуклой, в четвертом компоненте вогнуто-выпуклая линза выполнена отрицательной и дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, в пятом компоненте первая выпукло-вогнутая линза выполнена отрицательной, вторая положительная линза выполнена двояковыпуклой, причем в пространстве между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а апертурная диафрагма расположена в пространстве между неподвижным пятым компонентом и плоскостью изображения объектива.The problem is solved due to the fact that in an infrared lens with a smoothly changing focal length, which contains a stationary first component consistently located along the optical axis, consisting of a positive convex-concave lens, movable second component, consisting of a first negative convex-concave and second negative biconcave lenses, and a third component mounted to move along the optical axis, motionless fourth component containing a concave-convex lens, and p the fifth component, consisting of the first convex-concave and second positive lenses, the lens of the third component is made positive biconvex, in the fourth component the concave-convex lens is negative and an additional positive convex-concave lens is introduced, in the fifth component the first convex-concave lens is negative, the second positive lens is biconvex, and an intermediate image is formed in the space between the stationary fourth and fifth components, and the aperture di phragma located in the space between the stationary component and the fifth lens plane of the image.
На фиг. 1 представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (расположение компонентов соответствует максимальному фокусному расстоянию 300 мм).In FIG. Figure 1 shows the optical scheme of an infrared lens with a smoothly changing focal length (the arrangement of the components corresponds to a maximum focal length of 300 mm).
На фиг. 2а представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при максимальном фокусном расстоянии 300 мм.In FIG. 2a, an optical diagram of an infrared lens with a smoothly varying focal length with a beam path corresponding to the arrangement of components at a maximum focal length of 300 mm is presented.
На фиг. 2б представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при минимальном фокусном расстоянии 30 мм.In FIG. Figure 2b shows an optical scheme of an infrared lens with a smoothly varying focal length with a ray path corresponding to the arrangement of components with a minimum focal length of 30 mm.
Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент I, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы 1, подвижные второй компонент II, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой 2 и второй отрицательной двояковогнутой 3 линз, и третий компонент III, выполненный в виде положительной двояковыпуклой линзы 4, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый компонент IV, состоящий из первой отрицательной вогнуто-выпуклой 5 и второй положительной выпукло-вогнутой 6 линз, и пятый компонент V, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой 7 и второй положительной двояковыпуклой 8 линз. В пространстве между неподвижными четвертым IV и пятым V компонентами формируется промежуточное изображение, а апертурная диафрагма 9 расположена между неподвижным пятым компонентом V и плоскостью изображения объектива. Дополнительно показано входное окно 10 приемника инфракрасного излучения, охлаждаемая диафрагма которого совмещена с апертурной диафрагмой 9 объектива.The lens contains a stationary first component I, consisting of a positive convex-concave lens 1, movable second component II, consisting of a first negative convex-concave 2 and a second negative biconcave 3 lenses, and a third component III, made in the form of a
Конструктивные параметры заявляемого инфракрасного объектива, работающего в спектральном диапазоне 8,0…12,0 мкм, приведены в табл. 1.The design parameters of the inventive infrared lens operating in the spectral range of 8.0 ... 12.0 μm are given in table. one.
В табл. 2 приведены значения переменных воздушных промежутков для трех значений фокусного расстояния инфракрасного объектива.In the table. Figure 2 shows the values of the variable air gaps for the three values of the focal length of the infrared lens.
В табл. 3 приведены параметры компонентов инфракрасного объектива.In the table. 3 shows the parameters of the components of the infrared lens.
Из табл. 2 видно, что кратность изменения фокусного расстояния инфракрасного объектива М=10×, что в 2 раза выше, чем в прототипе, причем повышение кратности обеспечивается расширением диапазона изменения фокусного расстояния в сторону минимального значения. Величина перемещения второго компонента δII=133,2-80,2=53 мм, третьего компонента δIII=38,3-12,9=25,4 мм, что соответственно в 3,44 и в 2,66 раза меньше, чем в прототипе. Длина заявляемого инфракрасного объектива составляет 330 мм, коэффициент телеукорочения TL=1,1, что в 1,35 раза меньше, чем в прототипе.From the table. 2 shows that the magnification of the change in the focal length of the infrared lens M = 10 × , which is 2 times higher than in the prototype, and the increase in the multiplicity is provided by expanding the range of variation of the focal length in the direction of the minimum value. The displacement of the second component δ II = 133.2-80.2 = 53 mm, the third component δ III = 38.3-12.9 = 25.4 mm, which is 3.44 and 2.66 times less, than in the prototype. The length of the inventive infrared lens is 330 mm, the tele-shortening coefficient T L = 1.1, which is 1.35 times less than in the prototype.
Это достигается выбором формы линз 4, 7, 8 третьего III и пятого V компонентов, изменением конструкции четвертого компонента IV, а также выбором параметров компонентов в соответствии с приведенными в табл. 3 значениями.This is achieved by choosing the shape of the
Выбранное конструктивное исполнение инфракрасного объектива, при котором в пространстве между четвертым IV и пятым V компонентами формируется промежуточное изображение, а апертурная диафрагма 9 вынесена в пространство между последним компонентом и плоскостью изображения, обеспечивает оптимальное сопряжение с современными матричными охлаждаемыми приемниками излучения, что приводит к повышению освещенности изображения за счет минимального виньетирования наклонных пучков лучей.The selected design of the infrared lens, in which an intermediate image is formed in the space between the fourth IV and fifth V components and the
Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-6 компонентов I, II, III и IV, при этом подвижные компоненты II и III занимают положение, соответствующее фокусному расстоянию f′max=300 мм (фиг. 2а), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами 7, 8 компонента V переносится в плоскость изображения объектива. Диаметр пучка излучения определяется диаметром апертурной диафрагмы 9, расположенной в пространстве между компонентом V и плоскостью изображения объектива.An infrared lens with a smoothly changing focal length works as follows: radiation from an infinitely distant object passes through lenses 1-6 of components I, II, III and IV, while the moving components II and III occupy a position corresponding to the focal length f max = 300 mm (Fig. 2a), and focuses in the plane of the intermediate image, then the
При одновременном перемещении компонентов II и III, в соответствии с приведенными в табл. 2 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния инфракрасного объектива до f′min=30 мм (фиг. 2б). При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзами 7, 8 компонента V переносится в плоскость изображения объектива. Положение плоскости промежуточного изображения и положение плоскости изображения объектива при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.With the simultaneous movement of components II and III, in accordance with the table. 2 values of variable air gaps, a smooth change in the focal length of the infrared lens to f min = 30 mm (Fig. 2b). When this radiation is first focused in the plane of the intermediate image, and then the
Таким образом, выполнение инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить кратность изменения фокусного расстояния при уменьшении коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов. При этом обеспечивается оптимальное сопряжение объектива с матричным охлаждаемым фотоприемным устройством, что улучшает характеристики и расширяет эксплуатационные возможности тепловизионного прибора в целом.Thus, the implementation of the infrared lens with a smoothly changing focal length in accordance with the proposed technical solution allows to increase the rate of change of the focal length while reducing the telecirculation coefficient and the magnitude of the movement of moving components. This ensures optimal pairing of the lens with a matrix cooled photodetector, which improves the performance and extends the operational capabilities of the thermal imaging device as a whole.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147572/28A RU2569429C1 (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Infrared lens with smoothly variable focal distance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147572/28A RU2569429C1 (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Infrared lens with smoothly variable focal distance |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2569429C1 true RU2569429C1 (en) | 2015-11-27 |
Family
ID=54753477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014147572/28A RU2569429C1 (en) | 2014-11-25 | 2014-11-25 | Infrared lens with smoothly variable focal distance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569429C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4676581A (en) * | 1982-09-04 | 1987-06-30 | Pilkington P.E. Limited | Infra-red lenses |
US6091551A (en) * | 1997-01-30 | 2000-07-18 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Infrared zoom lens system |
JP2002014283A (en) * | 2000-06-28 | 2002-01-18 | Fuji Photo Optical Co Ltd | Infrared ray zoom lens or infrared ray multifocal lens, infrared ray imaging system and panoramic observation optical system |
RU2299454C1 (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО") | Infrared objective with fluently changing focal distance |
CN102866485A (en) * | 2012-09-06 | 2013-01-09 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | Long-wavelength infrared continuous zoom lens |
-
2014
- 2014-11-25 RU RU2014147572/28A patent/RU2569429C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4676581A (en) * | 1982-09-04 | 1987-06-30 | Pilkington P.E. Limited | Infra-red lenses |
US6091551A (en) * | 1997-01-30 | 2000-07-18 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Infrared zoom lens system |
JP2002014283A (en) * | 2000-06-28 | 2002-01-18 | Fuji Photo Optical Co Ltd | Infrared ray zoom lens or infrared ray multifocal lens, infrared ray imaging system and panoramic observation optical system |
RU2299454C1 (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО") | Infrared objective with fluently changing focal distance |
CN102866485A (en) * | 2012-09-06 | 2013-01-09 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | Long-wavelength infrared continuous zoom lens |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103823294B (en) | There is the continuous vari-focus medium-wave infrared optical system of overlength focal length | |
RU2630195C1 (en) | Infrared telephoto lens with two vision fields | |
RU2481602C1 (en) | Dual-spectrum lens with discretely variable focal distance | |
RU2541420C1 (en) | Infrared lens with two fields of view | |
RU2631538C1 (en) | Objective lens for closer ir-spectrum | |
RU2663313C1 (en) | Telephoto lens with two fields of view for the spectrum middle ir area | |
RU2570062C1 (en) | Optical system for thermal imaging device having two viewing fields | |
RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
RU2543693C1 (en) | Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region | |
RU2570055C1 (en) | Infrared catadioptric lens | |
RU152546U1 (en) | DEVICE FOR FORMING INFRARED IMAGE | |
RU2569429C1 (en) | Infrared lens with smoothly variable focal distance | |
RU149238U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE WITH TWO FIELDS OF VISION | |
RU2663536C1 (en) | Variosystem for infrared region | |
RU2621366C1 (en) | Compact lens of mid-infrared range | |
US9151936B2 (en) | Optical inspection system with a variation system consisting of five lens groups for imaging an object into infinity | |
RU152644U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
RU2608395C1 (en) | Optical system of thermal imaging device with two fields of view | |
RU2624658C1 (en) | Infrared system with two vision fields | |
RU2569424C1 (en) | Infrared imaging device | |
RU2578268C1 (en) | Infrared lens with variable focal distance | |
RU2542790C1 (en) | Infrared system | |
RU177647U1 (en) | VARIOSYSTEM FOR THE INFRARED SPECTRUM | |
RU2770429C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
CN105044891B (en) | A kind of big target surface continuous zooming optical system |