RU2663536C1 - Вариосистема для инфракрасной области спектра - Google Patents

Вариосистема для инфракрасной области спектра Download PDF

Info

Publication number
RU2663536C1
RU2663536C1 RU2017131474A RU2017131474A RU2663536C1 RU 2663536 C1 RU2663536 C1 RU 2663536C1 RU 2017131474 A RU2017131474 A RU 2017131474A RU 2017131474 A RU2017131474 A RU 2017131474A RU 2663536 C1 RU2663536 C1 RU 2663536C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
max
component
variosystem
concave
Prior art date
Application number
RU2017131474A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Петрович Иванов
Арслан Равгатович Насыров
Наталья Геннадьевна Нигматуллина
Дина Нургазизовна Шарифуллина
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "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 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority to RU2017131474A priority Critical patent/RU2663536C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2663536C1 publication Critical patent/RU2663536C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/163Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group
    • G02B15/167Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses
    • G02B15/17Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses arranged +--

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Вариосистема состоит из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. В фокусирующем объективе второй подвижный компонент - отрицательная выпукло-вогнутая линза, третий - двояковогнутая линза, и введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы. Проекционный объектив - одиночная положительная выпукло-вогнутая линза. Выполняются соотношения: 0,25<f'/f'<0,33; 0,15<|f'/f'|<0,25; 0,02<|f'/f'|<0,04; 0,03<f'/f'<0,05; 0,07f'<d<0,15f'; 1,2<|β|<1,5, где f', f', f', f'- фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов; f'- максимальное фокусное расстояние; d- расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива; β- увеличение проекционного объектива. Технический результат - уменьшение коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов при обеспечении высокой кратности изменения фокусного расстояния и упрощении конструкции. 2 ил., 4 табл.

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства.
Известна инфракрасная камера с вариообъективом большой кратности (см. патент US 8379091 В2, МПК7 H04N 5/33, публ. 19.02.2013 г.), предназначенная для работы в среднем инфракрасном диапазоне спектра. Вариообъектив содержит четыре компонента: первый и четвертый неподвижные, второй и третий установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Общее число линз в объективе - десять: две из них в первом компоненте, три - во втором, одна - в третьем и четыре - в четвертом компоненте. Фокусное расстояние вариообъектива изменяется от 21 (f'min) до 420 (f'max) мм, кратность изменения фокусного расстояния М = f'max/f'min=20×, относительное отверстие 1:4. Длина оптической системы L от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения составляет 358 мм; коэффициент телеукорочения TL=L/f'max=0,85, при этом первый из подвижных компонентов перемещается на 55 мм, а второй - на 40 мм. Для обеспечения компактности камеры в пространстве между линзами четвертого компонента установлены два плоских зеркала, изменяющих направление оптической оси.
Недостатком этого вариообъектива является большое число оптических элементов и то, что два из них содержатся в первом компоненте, существенно увеличивая этим его массу (определяющим является большой диаметр элементов), что ухудшает габаритно-массовые характеристики камеры в целом.
Также известна вариосистема для среднего инфракрасного диапазона (см. патент CN 102590990 А, МПК7 G02B 15/173, 15/20, 17/06, публ. 18.07.2012 г.), содержащая семь компонентов, из которых четыре неподвижные, а три установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. В системе десять линз, три из них содержат асферические поверхности, а одна - с асферо-дифракционной поверхностью. Фокусное расстояние вариосистемы изменяется от 25 до 750 мм, кратность изменения фокусного расстояния М=30×, относительное отверстие 1:4. Длина оптической системы L от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения составляет 520,9 мм; коэффициент телеукорочения TL=0,7, при этом первый из подвижных компонентов перемещается на 70,85 мм, а второй - на 33,4 мм, третий - на 16 мм. Для обеспечения компактности вариосистемы используются два плоских зеркала, изменяющих направление оптической оси.
К недостаткам этой вариосистемы можно отнести наличие трех подвижных компонентов, причем один из них имеет большую величину перемещения, а также большое число оптических элементов, в том числе с асферическими поверхностями.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой вариосистеме, принятой в качестве прототипа, является вариосистема для средней инфракрасной области спектра (см. патент US 7961382 В2, МПК7 G02B 15/14, G02B 13/14, G02B 21/00, публ. 14.06.2011 г. схема на фиг. 2а), состоящая из фокусирующего объектива с плавно изменяемым фокусным расстоянием, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. Фокусирующий объектив содержит неподвижный первый компонент, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, и подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, из которых второй выполнен в виде двояковогнутой и положительной выпукло-вогнутой линз, а третий - в виде двух положительных выпукло-вогнутых линз и отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Проекционный объектив содержит пять линз, из которых первая - отрицательная вогнуто-выпуклая, вторая - положительная выпукло-вогнутая, третья - двояковогнутая, четвертая - отрицательная выпукло-вогнутая, пятая - двояковыпуклая. Фокусное расстояние вариосистемы изменяется от 17,6 до 440 мм; кратность изменения фокусного расстояния М=25×. Для фокусных расстояний первого f'I, второго f'II, третьего f'III компонентов и максимального фокусного расстояния f'max вариосистемы выполняются следующие соотношения: f'I/f'max = 0,35 f'II/f'max = -0,06; f'III/f'max = 0,09. Система работает с относительным отверстием 1:4; общая длина оптической схемы L составляет 333,4 мм, при этом длина фокусирующего объектива от первой поверхности входной линзы до плоскости промежуточного изображения - 234,55 мм, длина проекционного объектива от плоскости промежуточного изображения до плоскости чувствительных элементов приемника излучения - 98,85 мм. Коэффициент телеукорочения вариосистемы TL = 0,75; величина перемещения первого подвижного компонента - 85,4 мм, второго - 45 мм. Фокусирующий объектив формирует промежуточное изображение, которое проекционным объективом переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения (увеличение проекционного объектива β=-1,15). В описанной системе одиннадцать линз, из них шесть в фокусирующем объективе, а пять - в проекционном. Четыре линзы фокусирующего объектива и три линзы проекционного объектива содержат асферические поверхности, причем в фокусирующем объективе первая поверхность входной линзы выполнена асферической, а вторая - асферо-дифракционной. В качестве материалов линз используются германий, кремний, селенид цинка, AMTIRI, IRG2.
Недостатком описанной вариосистемы является большое значение коэффициента телеукорочения и большая величина перемещения подвижных компонентов, а также большое общее число оптических элементов, в том числе с асферическими поверхностями.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение габаритно-массовых характеристик вариосистемы путем уменьшения коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов при обеспечении высокой кратности изменения фокусного расстояния и упрощении конструкции.
Поставленная задача решается за счет того, что в вариосистеме для инфракрасной области спектра, состоящей из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, в фокусирующем объективе второй подвижный компонент выполнен в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы, третий подвижный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, кроме того, дополнительно введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы, а проекционный объектив выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы, при этом выполняются следующие условия:
0,25<f'I/f'max<0,33;
0,15<|f'II/f'max|<0,25;
0,02<|f'III/f'max|<0,04;
0,03<f'IV/f'max<0,05;
0,07 f'max<d4<0,15 f'max;
1,2<|βПО|<1,5,
где f'I, f'II, f'III, f'IV - фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов;
f'max - максимальное фокусное расстояние вариосистемы;
d4 - расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива;
βПО - увеличение проекционного объектива.
На фигуре 1 представлена оптическая схема вариосистемы для инфракрасной области спектра.
На фигуре 2 представлена оптическая схема вариосистемы с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при максимальном фокусном расстоянии 500 мм (а) и при минимальном фокусном расстоянии 20 мм (б).
Вариосистема состоит из фокусирующего объектива ФО, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент I, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы 1, подвижные второй компонент II, выполненный в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы 2, и третий компонент III, выполненный в виде двояковогнутой линзы 3, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижный четвертый компонент IV, выполненный в виде двух положительных выпукло-вогнутых линз 4, 5 и отрицательной выпукло-вогнутой линзы 6, проекционного объектива ПО, выполненного в виде положительной выпукло-вогнутой линзы 7 и приемника излучения 8, с охлаждаемой диафрагмой 9.
Для фокусных расстояний первого, второго, третьего, четвертого компонентов, расстояния между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива и максимального фокусного расстояния вариосистемы выполняются соотношения: 0,25<f'I/f'max<0,33; 0,15<|f'II/f'max|<0,25; 0,02<|f'III/f'max|<0,04; 0,03<f'IV/f'max<0,05; 0,07f'max<d4<0,15f'max. Увеличение проекционного объектива выбирается из условия: 1,2<|βПО|<1,5.
В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой вариосистемы.
Figure 00000001
В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения оптической схемы заявляемой вариосистемы.
Figure 00000002
1), 5) - асферо-дифракционные поверхности;
2), 3), 4) - асферические поверхности;
d1, d2, d3 - переменные воздушные промежутки.
В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков d1, d2, d3 для некоторых значений фокусного расстояния вариосистемы.
Figure 00000003
В таблице 4 приведены условия, выполняемые в заявляемой вариосистеме для конкретного примера исполнения, приведенного в таблице 2.
Figure 00000004
Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние вариосистемы изменяется от 20 до 500 мм, т.е. кратность его изменения М=25×. Длина оптической системы составляет 269,3 мм, при этом длина фокусирующего объектива от первой поверхности входной линзы до плоскости промежуточного изображения - 206,25 мм, длина проекционного объектива от плоскости промежуточного изображения до плоскости чувствительных элементов приемника излучения - 63,05 мм; коэффициент телеукорочения TL=0,54, что в 1,4 раза меньше, чем в прототипе. Из приведенных в таблице 3 значений переменных воздушных промежутков следует, что перемещение второго подвижного компонента от его начального положения составляет 54,1 мм, что в 1,6 раза меньше, чем в прототипе, а перемещение третьего подвижного компонента, составляющее 34,2 мм, в 1,3 раза меньше, чем в прототипе.
Уменьшение коэффициента телеукорочения вариосистемы и величины перемещения подвижных компонентов обеспечивается выполнением для фокусных расстояний компонентов фокусирующего объектива и увеличения проекционного объектива условий, приведенных в таблице 4.
Вариосистема для инфракрасной области спектра работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-6 фокусирующего объектива ФО, при этом подвижные линзы 2 и 3 занимают положение, соответствующее фокусному расстоянию f'max=500 мм (см. фиг. 2а), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзой 7 проекционного объектива ПО переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 9 приемника излучения 8.
При одновременном перемещении линз 2 и 3 фокусирующего объектива ФО, в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния вариосистемы до f'min=20 мм (см. фиг. 2б). При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзой 7 проекционного объектива ПО переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Положение плоскости промежуточного изображения и положение плоскости чувствительных элементов приемника излучения при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.
Таким образом, выполнение вариосистемы для инфракрасной области спектра в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает высокую кратность изменения фокусного расстояния при упрощении конструкции и уменьшении коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов, что позволяет улучшить ее габаритно-массовые характеристики.

Claims (11)

  1. Вариосистема для инфракрасной области спектра, состоящая из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в фокусирующем объективе второй подвижный компонент выполнен в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы, третий подвижный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, кроме того, дополнительно введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы, а проекционный объектив выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы, при этом выполняются следующие условия:
  2. 0,25<f'I/f'max<0,33;
  3. 0,15<|f'II/f'max|<0,25;
  4. 0,02<|f'III/f'max|<0,04;
  5. 0,03<f'IV/f'max<0,05;
  6. 0,07f'max<d4<0,15f'max;
  7. 1,2<|βПО|<1,5,
  8. где f'I, f'II, f'III, f'IV - фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов;
  9. f'max - максимальное фокусное расстояние вариосистемы;
  10. d4 - расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива;
  11. βПО - увеличение проекционного объектива.
RU2017131474A 2017-09-07 2017-09-07 Вариосистема для инфракрасной области спектра RU2663536C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131474A RU2663536C1 (ru) 2017-09-07 2017-09-07 Вариосистема для инфракрасной области спектра

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131474A RU2663536C1 (ru) 2017-09-07 2017-09-07 Вариосистема для инфракрасной области спектра

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2663536C1 true RU2663536C1 (ru) 2018-08-07

Family

ID=63142652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017131474A RU2663536C1 (ru) 2017-09-07 2017-09-07 Вариосистема для инфракрасной области спектра

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2663536C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726262C1 (ru) * 2019-12-17 2020-07-10 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой
RU212467U1 (ru) * 2021-05-17 2022-07-22 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" Объектив

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110052166A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Cornell Jim D Mid infrared spectral band continuous zoom system
CN102590990A (zh) * 2012-03-30 2012-07-18 昆明物理研究所 三组元中波红外30倍连续变焦光学系统
RU2542790C1 (ru) * 2014-01-09 2015-02-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Инфракрасная система
RU152546U1 (ru) * 2014-12-30 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Устройство для формирования инфракрасного изображения
RU2578661C1 (ru) * 2014-12-30 2016-03-27 Акционерное общество "Швабе - Приборы" Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110052166A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Cornell Jim D Mid infrared spectral band continuous zoom system
CN102590990A (zh) * 2012-03-30 2012-07-18 昆明物理研究所 三组元中波红外30倍连续变焦光学系统
RU2542790C1 (ru) * 2014-01-09 2015-02-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Инфракрасная система
RU152546U1 (ru) * 2014-12-30 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Устройство для формирования инфракрасного изображения
RU2578661C1 (ru) * 2014-12-30 2016-03-27 Акционерное общество "Швабе - Приборы" Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726262C1 (ru) * 2019-12-17 2020-07-10 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой
RU212467U1 (ru) * 2021-05-17 2022-07-22 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" Объектив

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180076743A (ko) 촬상 광학계
CN111367063B (zh) 一种中波红外连续变焦镜头及成像装置
RU2630195C1 (ru) Инфракасный телеобъектив с двумя полями зрения
KR20220103673A (ko) 촬상 광학계
CA2807573A1 (en) High-speed zoom lens
TWI499794B (zh) 照相機模組及其成像鏡頭
JP2018084668A5 (ru)
RU2663536C1 (ru) Вариосистема для инфракрасной области спектра
CN110703421A (zh) 一种变倍比可调紧凑型中波红外连续变焦镜头
JP2023538323A (ja) 光学系
KR20190035634A (ko) 촬상 광학계 및 이를 포함하는 휴대용 전자기기
RU2663313C1 (ru) Телеобъектив с двумя полями зрения для средней ИК области спектра
RU2694557C1 (ru) Инфракрасная система с двумя полями зрения
RU177647U1 (ru) Вариосистема для инфракрасной области спектра
RU152546U1 (ru) Устройство для формирования инфракрасного изображения
JP2014235203A (ja) 球面収差調整装置
RU2770429C1 (ru) Инфракрасная система с двумя полями зрения
RU2722623C1 (ru) Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения
RU2621366C1 (ru) Компактный объектив среднего ик диапазона
JP2019144397A5 (ru)
RU2569424C1 (ru) Устройство для формирования инфракрасного изображения
RU2624658C1 (ru) Инфракрасная система с двумя полями зрения
RU2569429C1 (ru) Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием
RU207412U1 (ru) Инфракрасная система с двумя полями зрения
RU208293U1 (ru) Инфракрасная система с двумя полями зрения