RU2694557C1 - Infrared system with two fields of view - Google Patents

Infrared system with two fields of view Download PDF

Info

Publication number
RU2694557C1
RU2694557C1 RU2018129039A RU2018129039A RU2694557C1 RU 2694557 C1 RU2694557 C1 RU 2694557C1 RU 2018129039 A RU2018129039 A RU 2018129039A RU 2018129039 A RU2018129039 A RU 2018129039A RU 2694557 C1 RU2694557 C1 RU 2694557C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
component
view
max
lens
fields
Prior art date
Application number
RU2018129039A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виллен Арнольдович Балоев
Владимир Петрович Иванов
Наталья Геннадьевна Нигматуллина
Сергей Владимирович Рагинов
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 RU2018129039A priority Critical patent/RU2694557C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2694557C1 publication Critical patent/RU2694557C1/en

Links

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
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical 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

Abstract

FIELD: optics; instrument engineering.SUBSTANCE: invention relates to optical instrument-making and relates to an infrared system with two fields of view. System consists of three optical components and a photodetector device arranged along the optical axis. First component comprises a first positive convex-concave and a second negative aspherical lens. Second component comprises a biconcave aspherical lens and is movable along an optical axis. Third component comprises a first biconvex and a second negative aspherical lens. For focal distances f', f'and f'first, second and third components, respectively, and maximum focal distance of system f'following relationships are satisfied: 0.5 < f'/f'< 0.7; -0.15 < f'/f'<-0.07; 0.1 < f'/f'< 0.2.EFFECT: technical result consists in reducing the value of movement of the second component and the value of the short-circuiting ratio.1 cl, 1 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами, осуществляющих обнаружение и распознавание объектов.The invention relates to infrared optical systems and can be used to create thermal imaging devices with cooled matrix photo-receiving devices that carry out the detection and recognition of objects.

Известен объектив с двумя полями зрения для среднего инфракрасного диапазона (см. патент RU 2463633 С1, МПК7 G02B 13/14, G02B 15/14, G02B 9/60 публ. 26.05.2011 г.) с фокусным расстоянием 100/33 мм и относительными отверстием 1:2, в котором смена полей зрения осуществляется перемещением одного из компонентов вдоль оптической оси. Недостатками объектива являются малое фокусное расстояние в узком поле зрения и большая величина перемещения подвижного компонента (65 мм).A known lens with two fields of view for the mid-infrared range (see patent RU 2463633 C1, IPC 7 G02B 13/14, G02B 15/14, G02B 9/60 publ. May 26, 2011) with a focal length of 100/33 mm and relative aperture of 1: 2, in which the field of view is changed by moving one of the components along the optical axis. The disadvantages of the lens are a small focal length in a narrow field of view and a large amount of movement of the movable component (65 mm).

Также известна инфракрасная система с двумя полями зрения (см. патент US 9025256 В2, МПК7 G02B 13/14, G02B 15/14 публ. 05.05.2015 г.). Фокусное расстояние системы 50,8/25,8 мм, относительное отверстие 1:2, смена полей зрения осуществляется перемещением одного из компонентов вдоль оптической оси. Недостатками являются малое фокусное расстояние в узком поле зрения и небольшая кратность изменения фокусного расстояния.The infrared system with two fields of view is also known (see US Patent 9025256 B2, IPC 7 G02B 13/14, G02B 15/14 publ. 05.05.2015). The focal length of the system is 50.8 / 25.8 mm, the relative aperture is 1: 2, and the field of view is changed by moving one of the components along the optical axis. The disadvantages are a small focal length in a narrow field of view and a small multiplicity of changes in focal length.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является оптическая система с двумя полями зрения для среднего инфракрасного диапазона (см. патент US 6424460 В1, МПК7 G02B 15/14 публ. 23.07.2002 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую асферическую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую и положительную вогнуто-выпуклую линзы, третьего компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую, двояковыпуклую асферическую и отрицательную вогнуто-выпуклую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Второй компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси для осуществления переключения полей зрения, при этом величина перемещения составляет Δ=43,2 мм. Указанная система предназначена для работы в средневолновом инфракрасном диапазоне спектра с относительным отверстием 1:2,5, в широком поле зрения, соответствующем режиму обнаружения объектов, фокусное расстояние составляет f'min=53 мм, в узком поле зрения, соответствующем режиму распознавания, фокусное расстояние - f'max=160 мм, длина от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов - L=180 мм. В системе выполняются следующие соотношения: f'I/f'max=1, f'II/f'max=-0,23, f'III/f'max=0,25, где f'I, f'II, f'III - фокусные расстояния компонентов системы. Коэффициент телеукорочения TL=L/f'max=1,125, который зависит от выбора соотношений фокусных расстояний отдельных компонентов к максимальному фокусному расстоянию системы.The closest in technical essence to the claimed system adopted for the prototype is an optical system with two fields of view for the middle infrared range (see US Patent 6424460 B1, IPC 7 G02B 15/14 publ. July 23, 2002), consisting of along the optical axis of the first component containing a positive convex-concave aspherical lens, the second component containing a biconcave aspheric and positive concave-convex lenses, the third component containing a positive convex-concave, biconvex aspheric chesky and negative concave-convex lenses, and photodetector device with a cooled diaphragm. The second component is mounted with the ability to move along the optical axis for the implementation of the switching fields of view, while the magnitude of the movement is Δ = 43.2 mm. This system is designed to work in the mid-infrared range of the spectrum with a relative aperture of 1: 2.5, in a wide field of view corresponding to the object detection mode, the focal length is f ' min = 53 mm, in a narrow field of view corresponding to the recognition mode, the focal length - f ' max = 160 mm, the length from the first surface to the plane of the sensitive elements is L = 180 mm. The following relations are fulfilled in the system: f ' I / f' max = 1, f ' II / f' max = -0.23, f ' III / f' max = 0.25, where f ' I , f' II , f ' III - focal lengths of system components. The tele-shortening coefficient is T L = L / f ' max = 1.125, which depends on the choice of the ratio of the focal lengths of the individual components to the maximum focal length of the system.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение массо-габаритных характеристик инфракрасной системы за счет уменьшения коэффициента телеукорочения и величины перемещения второго компонента.The problem to which the invention is directed is to improve the mass-dimensional characteristics of the infrared system by reducing the tele-correction factor and the amount of movement of the second component.

Указанная цель достигается тем, что в инфракрасной системе с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую асферическую линзы, и фотоприемного устройства, в первом компоненте дополнительно введена вторая отрицательная асферическая линза, в третьем компоненте первая линза выполнена двояковыпуклой, а вторая - отрицательной, при этом выполняются следующие соотношения:This goal is achieved by the fact that in an infrared system with two fields of view consisting of the first component along the optical axis, containing the first positive convex-concave lens, the second component containing the biconcave aspherical lens and the third component that can be moved along the optical axis, containing the first positive and second aspherical lenses, and the photodetector, the second negative aspherical lens is additionally introduced in the first component, in t With the second component, the first lens is biconvex, and the second is negative, with the following relationships being fulfilled:

0,5<f'I/f'max<0,7;0.5 <f ' I / f' max <0.7;

-0,15<f'II/f'max<-0,07;-0.15 <f ' II / f' max <-0.07;

0,1<f'III/f'max<0,2,0.1 <f ' III / f' max <0.2,

где f'I, f'II и f'III - фокусные расстояния первого, второго и третьего компонентов; f'max - максимальное фокусное расстояние системы.where f ' I , f' II and f ' III are the focal lengths of the first, second and third components; f ' max - the maximum focal length of the system.

На фигуре представлена оптическая схема инфракрасной системы с двумя полями зрения.The figure shows the optical scheme of the infrared system with two fields of view.

Инфракрасная система с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 1 и вторую отрицательную асферическую линзу 2, второго компонента II, содержащего двояковогнутую асферическую линзу 3 и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента III, содержащего двояковыпуклую линзу 4 и вторую отрицательную асферическую линзу 5, и фотоприемного устройства 6 с охлаждаемой диафрагмой 7. Вторая отрицательная асферическая линза 2 первого компонента I выполнена плоско-вогнутой или выпукло-вогнутой, или двояковогнутой. Вторая отрицательная асферическая линза 5 третьего компонента III выполнена вогнуто-плоской или вогнуто-выпуклой, или двояковогнутой. Выбор формы линз 2, 5 обусловлен обеспечением оптимальной аберрационной коррекции.The infrared system with two fields of view consists of the first component I located along the optical axis, containing the first positive convex-concave lens 1 and the second negative aspheric lens 2, the second component II containing the biconcave aspherical lens 3 and mounted thirdly component III, containing a biconvex lens 4 and a second negative aspherical lens 5, and a photodetector device 6 with a cooled aperture 7. The second negative aspherical Single lens 2 of the first component I is formed flat or concave-convex-concave or biconcave. The second negative aspherical lens 5 of the third component III is made concave-flat or concave-convex, or biconcave. The choice of the shape of the lenses 2, 5 is due to the provision of optimal aberration correction.

Для фокусных расстояний f'I, f'II и f'III первого I, второго II и третьего III компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'max выполняются следующие соотношения: 0,5<f'I/f'max<0,7; -0,15<f'II/f'max<-0,07; 0,1<f'III/f'max<0,2.For the focal lengths f ′ I , f ′ II and f ′ III of the first I, second II and third III components, respectively, and the maximum focal length of the system f ′ max , the following relations are fulfilled: 0.5 <f ′ I / f ′ max <0, 7; -0.15 <f ' II / f' max <-0.07; 0.1 <f ' III / f' max <0.2.

В таблице 1 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения инфракрасной системы с двумя полями зрения.Table 1 shows the design parameters of a specific example of the performance of an infrared system with two fields of view.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

В таблице 2 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе, для фокусных расстояний f'I, f'II и f'III первого I, второго II и третьего III компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'max для конкретного примера исполнения, приведенного в таблице 1.Table 2 shows the ratios performed in the inventive system for focal lengths f ' I , f' II and f ' III of the first I, second II and third III components, respectively, and the maximum focal length of the system f' max for the specific example of performance given in table 1.

Figure 00000003
Figure 00000003

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков для двух полей зрения объектива.Table 3 shows the variable air gap values for the two fields of view of the lens.

Figure 00000004
Figure 00000004

В таблице 4 приведены технические характеристики.Table 4 shows the specifications.

Figure 00000005
Figure 00000005

Как видно из таблицы 4 длина системы составляет 134,05 мм, при этом коэффициент телеукорочения TL=0,807, что в 1,4 меньше чем в прототипе. Как видно из таблицы 3 величина перемещения второго компонента II составляет 15,4 мм, что в 2,8 раза меньше чем в прототипе. Уменьшение коэффициента телеукорочения и величины перемещения второго компонента II обеспечивается выбором конструктивного исполнения компонентов и выполнением соотношений, приведенных в таблице 2. Конструктивное исполнение первого компонента I, в котором введена дополнительная отрицательная асферическая линза 2, и выбор формы линз третьего компонента III обеспечивает при меньших, по сравнению с прототипом, соотношениях, приведенных в таблице 2, оптимальную аберрационную коррекцию.As can be seen from table 4, the length of the system is 134.05 mm, with the tele-shortening coefficient T L = 0.807, which is 1.4 less than in the prototype. As can be seen from table 3, the amount of movement of the second component II is 15.4 mm, which is 2.8 times less than in the prototype. The reduction of the tele-shortening coefficient and the amount of movement of the second component II is ensured by the choice of the component design and the ratios given in table 2. The design of the first component I, in which an additional negative aspherical lens 2 is introduced, and the choice of the shape of the lenses of the third component III ensures that compared with the prototype, the ratios given in table 2, the optimal aberration correction.

Инфракрасная система с двумя полями зрения работает следующим образом: поток излучения проходит через линзы 1-5 компонентов I-III системы, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами кривизны и материалами линз и фокусируется в плоскости чувствительных элементов приемника излучения 6. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 7 приемника излучения 6.The infrared system with two fields of view works as follows: the radiation flux passes through the lenses 1-5 of the I-III system components, refracting on each surface in accordance with the curvature radii and lens materials and is focused in the plane of the sensitive elements of the radiation detector 6. The diameter of the radiation beam is determined the diameter of the cooled aperture 7 of the radiation receiver 6.

Смена полей зрения (фокусного расстояния) системы осуществляется перемещением линзы 3 второго компонента II вдоль оптической оси на 15,4 мм.The field of view (focal length) of the system is changed by moving the lens 3 of the second component II along the optical axis by 15.4 mm.

Таким образом, выполнение инфракрасной системы с двумя полями зрения в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает уменьшение величины перемещения второго компонента и значения коэффициента телеукорочения, что позволяет использовать ее при создании малогабаритных тепловизионных приборов.Thus, the implementation of an infrared system with two fields of view in accordance with the proposed technical solution provides a reduction in the amount of movement of the second component and the value of the tele-correction factor, which allows it to be used when creating small-sized thermal imaging devices.

Claims (5)

Инфракрасная система с двумя полями зрения, состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую асферическую линзы, и фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что в первом компоненте дополнительно введена вторая отрицательная асферическая линза, в третьем компоненте первая линза выполнена двояковыпуклой, а вторая - отрицательной, при этом выполняются следующие соотношения:Infrared system with two fields of view, consisting of located along the optical axis of the first component containing the first positive convex-concave lens, the second component containing the biconcave aspheric lens and mounted for movement along the optical axis, the third component containing the first positive and second aspheric lenses , and a photodetector, characterized in that in the first component a second negative aspherical lens is additionally introduced, in the third component The first lens is biconvex and the second negative, with the following relationships: 0,5<f'I/f'max<0,7;0.5 <f ' I / f' max <0.7; -0,15<f'II/f'max<-0,07;-0.15 <f ' II / f' max <-0.07; 0,1<f'III/f'max<0,2,0.1 <f ' III / f' max <0.2, где f'I, f'II и f'III - фокусные расстояния первого, второго и третьего компонентов; f'max - максимальное фокусное расстояние системы.where f ' I , f' II and f ' III are the focal lengths of the first, second and third components; f ' max - the maximum focal length of the system.
RU2018129039A 2018-08-07 2018-08-07 Infrared system with two fields of view RU2694557C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129039A RU2694557C1 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Infrared system with two fields of view

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129039A RU2694557C1 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Infrared system with two fields of view

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2694557C1 true RU2694557C1 (en) 2019-07-16

Family

ID=67309286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018129039A RU2694557C1 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Infrared system with two fields of view

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2694557C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208293U1 (en) * 2021-06-30 2021-12-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") INFRARED SYSTEM WITH TWO FIELDS OF VIEW
RU2770429C1 (en) * 2021-03-23 2022-04-18 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Infrared system with two fields of view
RU2777463C1 (en) * 2021-11-08 2022-08-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Optoelectronic coordinate determination system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493441A (en) * 1994-01-13 1996-02-20 Texas Instruments Incorporated Infrared continuous zoom telescope using diffractive optics
US6424460B1 (en) * 1998-05-08 2002-07-23 Pilkington Pe Limited Dual field-of-view objects system for the infrared
RU2541420C1 (en) * 2013-11-01 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Infrared lens with two fields of view
RU2630195C1 (en) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Infrared telephoto lens with two vision fields

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493441A (en) * 1994-01-13 1996-02-20 Texas Instruments Incorporated Infrared continuous zoom telescope using diffractive optics
US6424460B1 (en) * 1998-05-08 2002-07-23 Pilkington Pe Limited Dual field-of-view objects system for the infrared
RU2541420C1 (en) * 2013-11-01 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Infrared lens with two fields of view
RU2630195C1 (en) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Infrared telephoto lens with two vision fields

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770429C1 (en) * 2021-03-23 2022-04-18 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Infrared system with two fields of view
RU208293U1 (en) * 2021-06-30 2021-12-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") INFRARED SYSTEM WITH TWO FIELDS OF VIEW
RU2777463C1 (en) * 2021-11-08 2022-08-04 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Optoelectronic coordinate determination system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101963591B1 (en) Optical system and portable electronic device including the same
CN103823294B (en) There is the continuous vari-focus medium-wave infrared optical system of overlength focal length
KR20220103673A (en) Optical Imaging System
RU2481602C1 (en) Dual-spectrum lens with discretely variable focal distance
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
RU2541420C1 (en) Infrared lens with two fields of view
KR20190121678A (en) Optical Imaging System
RU2578661C1 (en) Infrared lens with smoothly varying focal distance
KR20190035634A (en) Optical system and portable electronic device including the same
RU2629888C1 (en) High-aperture lens for infrared spectrum region
RU185562U1 (en) TWO FIELDS OF VISION INFRARED SYSTEM
RU2624658C1 (en) Infrared system with two vision fields
RU2722623C1 (en) Optical system of a thermal imager with two fields of vision
RU2672703C1 (en) Two-channel mirror-lens system
RU2663536C1 (en) Variosystem for infrared region
RU2646405C1 (en) Infrared mirror-lens system
RU2754310C1 (en) Infrared system with three fields of view
RU201916U1 (en) INFRARED SYSTEM WITH THREE FIELDS OF VIEW
RU2299454C1 (en) Infrared objective with fluently changing focal distance
RU166689U1 (en) TWO FIELDS OF VISION INFRARED SYSTEM
RU2714592C1 (en) High-power infrared system
RU2779740C1 (en) Infrared lens
RU2815613C1 (en) Infrared lens with two fields of view
RU208293U1 (en) INFRARED SYSTEM WITH TWO FIELDS OF VIEW
RU2746941C1 (en) Optical system