RU2629888C1 - High-aperture lens for infrared spectrum region - Google Patents
High-aperture lens for infrared spectrum region Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629888C1 RU2629888C1 RU2016120461A RU2016120461A RU2629888C1 RU 2629888 C1 RU2629888 C1 RU 2629888C1 RU 2016120461 A RU2016120461 A RU 2016120461A RU 2016120461 A RU2016120461 A RU 2016120461A RU 2629888 C1 RU2629888 C1 RU 2629888C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- meniscus
- curvature
- radii
- field
- Prior art date
Links
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 title 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/04—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
- G02B9/06—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only two + components
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной области спектра, и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе матричных фотоприемных устройств с линейным полем зрения 6,528×4,896 мм (диагональ 8,16 мм), чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм.The invention relates to the field of optical instrumentation, and in particular to lenses for the infrared region of the spectrum, and can be used in thermal imagers built on the basis of matrix photodetector devices with a linear field of view of 6.528 × 4.896 mm (diagonal of 8.16 mm), sensitive in the spectral range from 8 to 12 microns.
К объективам, предназначенным для работы в составе наблюдательных тепловизионных приборов, предъявляются повышенные требования к полю зрения, а к объективам, предназначенным, например, для прицелов, повышенные требования к качеству изображения в центре поля зрения.For lenses designed to work as part of observational thermal imaging devices, increased requirements are imposed on the field of view, and for lenses intended, for example, for sights, increased requirements for image quality in the center of the field of view.
Известен светосильный объектив по патенту РФ №126479 от 07.11.2012 г., МПК G02B 13/14. Объектив состоит из двух последовательно установленных по ходу лучей одиночных положительных менисков, выполненных из германия, обращенных выпуклостью к предмету. Все оптические поверхности выполнены сферическими и выполняются условия: 0<dв<0,2f'; 2<R1/'f<4,5; 0,5<R3/f'<1; 4<R2/f'<8; 0,7<R4/f'<2; где: R1, R2, R3, R4 - - радиусы кривизны первой, второй, третьей и четвертой оптических поверхностей; dв - воздушный промежуток между двумя линзами; f - фокусное расстояние всего объектива.Known fast lens according to the patent of the Russian Federation No. 126479 dated 11/07/2012, IPC G02B 13/14. The lens consists of two sequentially installed along the rays of a single positive meniscus made of germanium, convex to the object. All optical surfaces are spherical and the following conditions are satisfied: 0 <d at <0.2f '; 2 <R 1 / 'f <4.5; 0.5 <R 3 / f '<1; 4 <R 2 / f '<8; 0.7 <R 4 / f '<2; where: R 1 , R 2 , R 3 , R 4 - are the radii of curvature of the first, second, third and fourth optical surfaces; d in - the air gap between the two lenses; f is the focal length of the entire lens.
Недостатком объектива является узкое поле зрения: 2,8 градуса.The disadvantage of the lens is a narrow field of view: 2.8 degrees.
Известен объектив по патенту США №3992078 от 06.05.1975 г., опубл. 16.11.1976 г., МПК G02B 3/00, состоящий из двух простых положительных линз, причем, каждая линза может быть выполнена либо в виде выпуклоплоской линзы, обращенной выпуклостью к плоскости предметов, либо в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости предметов.Known lens for US patent No. 3992078 from 05/06/1975, publ. 11/16/1976, IPC G02B 3/00, consisting of two simple positive lenses, each lens can be either a convex flat lens convex to the plane of objects or a positive meniscus convex to the plane of objects.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению - прототипом - является вариант объектива по вышеуказанному патенту США №3992078, содержащий два одиночных положительных мениска, обращенных выпуклостью к плоскости предметов, выполненных из германия, в котором вторая поверхность первого мениска выполнена асферической. Мениски отстоят друг от друга по оси на расстоянии от 0,8F до 1,2F, где F - эквивалентное фокусное расстояние всего объектива. Радиус кривизны первой по ходу лучей поверхности первого мениска R1 составляет более 5F и менее 15F. Радиус кривизны R3 первой по ходу лучей поверхности второго мениска составляет более 2F и менее 5F. Радиусы кривизны вторых поверхностей менисков R2 и R4 - более 50F. Толщины по оси менисков могут быть менее 0,05F, заднее фокусное расстояние объектива более 0,5F и менее 2F.The closest analogue to the claimed technical solution - the prototype - is a variant of the lens according to the above US patent No. 3992078, containing two single positive menisci, convex to the plane of objects made of germanium, in which the second surface of the first meniscus is aspherical. Menisci are spaced apart from each other along an axis at a distance from 0.8F to 1.2F, where F is the equivalent focal length of the entire lens. The radius of curvature of the first along the rays of the surface of the first meniscus R 1 is more than 5F and less than 15F. The radius of curvature R 3 the first along the rays of the surface of the second meniscus is more than 2F and less than 5F. The radii of curvature of the second surfaces of the menisci R 2 and R 4 are more than 50F. The thicknesses along the meniscus axis can be less than 0.05F, the rear focal length of the lens is more than 0.5F and less than 2F.
Недостатком указанного объектива также является узкое поле зрения. Поле зрения объектива с относительным отверстием 1:1 составляет 4 градуса, а с относительным отверстием 1:1,5 - 8 градусов.The disadvantage of this lens is also a narrow field of view. The field of view of a lens with a relative aperture of 1: 1 is 4 degrees, and with a relative aperture of 1: 1.5 - 8 degrees.
Техническая проблема заключается в получении следующего технического результата: увеличение поля зрения объектива при сохранении высокого качества изображения.The technical problem is to obtain the following technical result: increasing the field of view of the lens while maintaining high image quality.
Указанный технический результат достигается следующим образом. Объектив для инфракрасной области спектра, как и прототип, содержит два оптически связанных одиночных положительных мениска, выполненных из германия, обращенных выпуклыми поверхностями к плоскости предметов. Вторая поверхность первого мениска выполнена асферической. В отличие от прототипа радиусы кривизны поверхностей менисков удовлетворяют следующим соотношениям: R1=(1,04÷1,26)F; R2=(1,03÷1,62)F; R3=(0,5÷0,79)F; R4=(0,59÷0,98)F, где R1, R2 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей первого мениска, R3, R4 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей второго мениска, F - фокусное расстояние объектива.The specified technical result is achieved as follows. The lens for the infrared region of the spectrum, like the prototype, contains two optically coupled single positive menisci made of germanium, convex surfaces facing the plane of objects. The second surface of the first meniscus is aspherical. Unlike the prototype, the radii of curvature of the meniscus surfaces satisfy the following relationships: R 1 = (1.04 ÷ 1.26) F; R 2 = (1.03 ÷ 1.62) F; R 3 = (0.5 ÷ 0.79) F; R 4 = (0.59 ÷ 0.98) F, where R 1 , R 2 are the radii of curvature of the first and second surfaces of the first meniscus, respectively, R 3 , R 4 are the radii of curvature of the first and second surfaces of the second meniscus, respectively, F is the focal length lens distance.
В частных случаях реализации - при выполнении второго мениска или всего объектива подвижным вдоль оптической оси - достигаются дополнительные технические результаты: фокусировка объектива на конечное расстояние и компенсация смещения плоскости изображения в диапазоне рабочих температур от минус 40°С до 50°С.In special cases of implementation — when the second meniscus or the entire lens is moving along the optical axis — additional technical results are achieved: focusing the lens to a finite distance and compensating for the displacement of the image plane in the operating temperature range from
Пример конкретной реализации объектива показан на чертежах.An example of a specific implementation of the lens is shown in the drawings.
На фиг. 1 приведена оптическая схема объектива. На фиг. 2 приведены графики частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) объектива для различных точек поля зрения. На фиг. 3 приведен график дисторсии в процентах по полю зрения (ордината Y). На фиг. 4 приведены графики концентрации энергии в кружке рассеяния.In FIG. 1 shows the optical layout of the lens. In FIG. Figure 2 shows the graphs of the frequency-contrast characteristic (FM) of the lens for various points of the field of view. In FIG. Figure 3 shows a plot of distortion as a percentage of the field of view (Y ordinate). In FIG. Figure 4 shows plots of the energy concentration in the scattering circle.
Светосильный объектив для инфракрасной области спектра (фиг. 1) содержит два оптически связанных одиночных положительных мениска 1, 2, обращенных выпуклостью к плоскости предмета. Вторая по ходу луча поверхность мениска 1 выполнена асферической. Мениски 1, 2 выполнены из германия.The fast lens for the infrared region of the spectrum (Fig. 1) contains two optically coupled single
Инфракрасное излучение от удаленного объекта попадает в объектив, где проходит через мениски 1, 2, и образует действительное изображение предмета в плоскости наилучшей установки фотоприемного устройства (не показано), положение которой обусловлено расстоянием до объекта (для бесконечно удаленного объекта практически совпадает с фокальной плоскостью объектива).Infrared radiation from a distant object enters the lens, where it passes through
В соответствии с предложенным решением рассчитан конкретный объектив, оптические характеристики которого приведены в таблице 1.In accordance with the proposed solution, a specific lens is calculated, the optical characteristics of which are shown in table 1.
В таблице 2 приведены величины относительных оптических сил, расстояний по оси между менисками, материалы и диаметры менисков объектива.Table 2 shows the relative optical powers, the axial distances between the menisci, the materials and the diameters of the menisci of the lens.
Предлагаемый объектив по сравнению с прототипом имеет более широкое поле зрения: 12,4×9,4 град, (крайние точки поля зрения: ±6,2°×±4,7°).The proposed lens in comparison with the prototype has a wider field of view: 12.4 × 9.4 degrees, (extreme points of the field of view: ± 6.2 ° × ± 4.7 °).
Радиусы кривизны поверхностей менисков рассчитанного объектива, приведенные в таблице 2, удовлетворяют заявленным диапазонам: R1=(1,04÷1,26)F; R2=(1,03÷1,62)F; R3=(0,5÷0,79)F; R4=(0,59÷0,98)F.The radii of curvature of the meniscus surfaces of the calculated lens, shown in table 2, satisfy the declared ranges: R 1 = (1,04 ÷ 1,26) F; R 2 = (1.03 ÷ 1.62) F; R 3 = (0.5 ÷ 0.79) F; R 4 = (0.59 ÷ 0.98) F.
Качество изображения объектива демонстрируется графиками, приведенными на фиг. 2, 3, 4. Указанные графики приведены для объектива с фокусным расстоянием 30 мм, диаметром входного зрачка 27 мм, относительным отверстием 1:1,11 и полем зрения 12,4×9,4 град.The image quality of the lens is demonstrated by the graphs shown in FIG. 2, 3, 4. These graphs are for a lens with a focal length of 30 mm, an entrance pupil diameter of 27 mm, a relative aperture of 1: 1.11 and a field of view of 12.4 × 9.4 degrees.
На фиг. 2 и фиг. 4 графики построены для осевой точки (0° на графиках), для зоны на уровне 0,7 от крайней точки поля зрения (4,4°×3,3° на графиках) и для крайней точки поля зрения (6,2°×4,7° на графиках). Штриховой линией обозначен дифракционный предел.In FIG. 2 and FIG. 4 plots are plotted for an axial point (0 ° on the plots), for a zone at the level of 0.7 from the extreme point of the field of view (4.4 ° × 3.3 ° on the plots) and for the extreme point of the field of view (6.2 ° × 4.7 ° on the graphs). The dashed line indicates the diffraction limit.
На фиг. 2 приведены графики ЧКХ объектива на частоте 40 штрихов/мм. По оси абсцисс отложены значения пространственных частот, отнесенные к плоскости изображений объектива, по оси ординат - значения коэффициентов передачи контраста. Графики ЧКХ приведены для меридионального (Т) и сагиттального (S) сечений. Из приведенных графиков видно, что в предлагаемом объективе сохранено высокое, дифракционно-ограниченное качество изображения.In FIG. 2 shows graphs of the frequency response of the lens at a frequency of 40 lines / mm. The abscissa axis shows the values of spatial frequencies assigned to the plane of the image of the lens, the ordinate axis shows the values of the contrast transfer coefficients. Charts of frequency response are given for meridional (T) and sagittal (S) sections. From the above graphs it can be seen that in the proposed lens retained a high, diffraction-limited image quality.
Высокое качество изображения объектива подтверждается графиками дисторсии (фиг. 3) и концентрации энергии в кружке рассеяния для различных точек поля зрения (фиг. 4). На фиг. 3 видно, что дисторсия составляет (-13%).The high image quality of the lens is confirmed by the graphs of distortion (Fig. 3) and energy concentration in the scattering circle for various points of the field of view (Fig. 4). In FIG. 3 shows that the distortion is (-13%).
На фиг. 4 по оси абсцисс отложены значения радиуса кружка рассеяния, по оси ординат - значения соответствующих ему уровней концентрации энергии. Указанный график также демонстрирует высокое качество изображения предложенного объектива, имеющего по сравнению с прототипом большее поле зрения.In FIG. 4, the abscissa axis represents the radius of the scattering circle, and the ordinate axis represents the values of the corresponding energy concentration levels. The specified graph also demonstrates the high image quality of the proposed lens, which has a larger field of view compared to the prototype.
При выполнении второго мениска или всего объектива подвижными вдоль оптической оси осуществляется фокусировка объектива на конечное расстояние и компенсация смещения плоскости изображения в диапазоне рабочих температур от минус 40 до 50°С.When the second meniscus or the entire lens is movable along the optical axis, the lens is focused at a finite distance and the image plane is offset in the operating temperature range from
Расчеты объектива показали, что заявленный технический результат обеспечивается при значениях радиусов кривизны поверхностей менисков 1, 2 в пределах всех заявленных диапазонов: R1=(1,04÷1,26)F; R2=(1,03÷1,62)F; R3=(0,5÷0,79)F; R4=(0,59÷0,98)F.The calculations of the lens showed that the claimed technical result is provided when the values of the radii of curvature of the surfaces of the
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое изобретение обеспечивает увеличение поля зрения объектива при сохранении высокого качества изображения.Thus, compared with the prototype, the present invention provides an increase in the field of view of the lens while maintaining high image quality.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016120461A RU2629888C1 (en) | 2016-05-25 | 2016-05-25 | High-aperture lens for infrared spectrum region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016120461A RU2629888C1 (en) | 2016-05-25 | 2016-05-25 | High-aperture lens for infrared spectrum region |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629888C1 true RU2629888C1 (en) | 2017-09-04 |
Family
ID=59797563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016120461A RU2629888C1 (en) | 2016-05-25 | 2016-05-25 | High-aperture lens for infrared spectrum region |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629888C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU187815U1 (en) * | 2018-10-12 | 2019-03-19 | ООО "Конструкторское бюро "Луггар" | TWO-LIGHT LIGHT LENS FOR IR SPECTRUM |
| RU187832U1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-03-19 | ООО "Конструкторское бюро "Луггар" | TWO-LIGHT LIGHT FILTER FOR INFRARED SPECTRUM |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3992078A (en) * | 1974-05-06 | 1976-11-16 | The Rank Organisation Limited | Lens structure |
| RU2181206C2 (en) * | 2000-06-19 | 2002-04-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | High-speed lens |
| US20050157408A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-21 | Milestone Co., Ltd. | Imaging lens |
| RU88794U1 (en) * | 2008-07-24 | 2009-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | EXTERNAL FOCUSING PIPE |
| RU92973U1 (en) * | 2009-02-13 | 2010-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | THERMAL VISION MODULE |
| RU126479U1 (en) * | 2012-11-07 | 2013-03-27 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | LIGHT LIGHT |
-
2016
- 2016-05-25 RU RU2016120461A patent/RU2629888C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3992078A (en) * | 1974-05-06 | 1976-11-16 | The Rank Organisation Limited | Lens structure |
| RU2181206C2 (en) * | 2000-06-19 | 2002-04-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | High-speed lens |
| US20050157408A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-21 | Milestone Co., Ltd. | Imaging lens |
| RU88794U1 (en) * | 2008-07-24 | 2009-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | EXTERNAL FOCUSING PIPE |
| RU92973U1 (en) * | 2009-02-13 | 2010-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | THERMAL VISION MODULE |
| RU126479U1 (en) * | 2012-11-07 | 2013-03-27 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | LIGHT LIGHT |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU187815U1 (en) * | 2018-10-12 | 2019-03-19 | ООО "Конструкторское бюро "Луггар" | TWO-LIGHT LIGHT LENS FOR IR SPECTRUM |
| RU187832U1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-03-19 | ООО "Конструкторское бюро "Луггар" | TWO-LIGHT LIGHT FILTER FOR INFRARED SPECTRUM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103823294B (en) | There is the continuous vari-focus medium-wave infrared optical system of overlength focal length | |
| RU140705U1 (en) | LENS FOR IR SPECTRUM | |
| JP2008096656A5 (en) | ||
| KR102041700B1 (en) | Optical Imaging System | |
| WO2013157658A1 (en) | Infrared zoom lens | |
| RU2541420C1 (en) | Infrared lens with two fields of view | |
| RU2506616C1 (en) | High-speed infrared lens | |
| RU2629888C1 (en) | High-aperture lens for infrared spectrum region | |
| RU2578661C1 (en) | Infrared lens with smoothly varying focal distance | |
| CN110187475A (en) | A kind of tight shot | |
| RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
| US5151820A (en) | Zoom lens | |
| RU193226U1 (en) | ATHERMALIZED LENS FOR THE INFRARED SPECTRUM | |
| RU2594955C1 (en) | Telescopic lens for infrared spectrum | |
| RU2678957C1 (en) | Wide-angle high-power infrared lens | |
| RU2718145C1 (en) | Fast infrared lens | |
| RU2403598C1 (en) | Large aperture lens for thermal imaging device | |
| JP2019144397A5 (en) | ||
| RU2620202C1 (en) | Lens for infrared spectral area | |
| CN114252982A (en) | Thermal difference elimination infrared lens with focal length of 35mm, assembling method thereof and imaging method | |
| RU2650743C1 (en) | Wide-angle infrared lens | |
| RU2709050C1 (en) | Telephoto lens for spectrum ir | |
| RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| RU2646405C1 (en) | Infrared mirror-lens system | |
| RU2583338C1 (en) | Athermalised high-aperture infrared lens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |