RU2697940C1 - Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния - Google Patents
Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697940C1 RU2697940C1 RU2018143759A RU2018143759A RU2697940C1 RU 2697940 C1 RU2697940 C1 RU 2697940C1 RU 2018143759 A RU2018143759 A RU 2018143759A RU 2018143759 A RU2018143759 A RU 2018143759A RU 2697940 C1 RU2697940 C1 RU 2697940C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- lens
- positive
- image plane
- focal length
- Prior art date
Links
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims abstract description 5
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 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
- G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
- G02B15/02—Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective
- G02B15/04—Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective by changing a part
-
- 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 -
- G02B9/62—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having six components only
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния содержит три компонента. Первый компонент состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения. Второй отрицательный компонент имеет два звена, которые попеременно вводятся в ход лучей в фиксированное положение на оптической оси. Первое звено состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, и двояковогнутой линзы, второе звено состоит из двух двояковогнутых линз. Третий положительный компонент состоит из двух положительных менисков, обращенных вогнутостью к плоскости изображения, и расположенного между ними отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости предметов. Апертурная диафрагма для меньшего фокусного расстояния находится в составе третьего компонента, а для большего - в составе первого. Третий компонент содержит базовый элемент и асферический корректор сферической аберрации и астигматизма. Выполняются соотношения, указанные в формуле изобретения. Технический результат - повышение перепада увеличений объектива при одновременном уменьшении продольных габаритов и сохранении высокой светосилы и качества изображения. 4 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, а именно к объективам с дискретным изменением фокусного расстояния, предназначенным для работы в дальней инфракрасной области спектра 8-12 мкм в составе оптических систем тепловизоров различного назначения, в том числе приборов смотрящего типа, использующих матричные приемники излучения.
Известна оптическая схема объектива [1] содержащая расположенные по ходу лучей первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, вторую двояковогнутую линзу, третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, и четвертый положительный компонент в виде отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклостью друг к другу. Вторая и третья линзы перемещаются в противоположных направлениях и имеют два фиксированных положения для обеспечения двух дискретных значений фокусных расстояний (ƒ'min=40 мм и ƒ'max=120 мм), что соответствует перепаду увеличений m=ƒ'max /ƒ'min=3.
Известна другая оптическая схема объектива [2], которая содержит установленные по ходу лучей первый и последний неподвижные положительные компоненты и подвижные одиночные линзы, расположенные между ними. Все элементы оптической системы изготовлены из материала одной марки. Между второй перемещающейся линзой и последним неподвижным компонентом введена дополнительная линза, которая в первом варианте имеет возможность перемещения, и подвижные линзы перемещаются без сохранения постоянного расстояния между вершинами своих преломляющих поверхностей. Во втором варианте дополнительная линза неподвижна, а подвижные компоненты перемещаются в противоположных направлениях. Перепад увеличений в обоих вариантах объектива m=3, а продольные габариты составляют 1,3ƒ'max и 1,9ƒ'max для первого и второго вариантов соответственно.
Также существует оптическая схема объектива [3], которая содержит два неподвижных положительных компонента и подвижный отрицательный компонент, расположенный между ними. Первый по ходу лучей неподвижный компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения. Последний компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения. Отрицательный компонент выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы. Между отрицательным компонентом и последним положительным компонентом дополнительно введен положительный компонент, выполненный в виде мениска, вогнутостью обращенного к плоскости изображения, жестко связанный с апертурной диафрагмой и имеющий возможность совместного с ней перемещения вдоль оптической оси. Поверхность мениска, предшествующая апертурной диафрагме, выполнена асферической. Перепад увеличений в объективе m=2, а продольные габариты составляют 1,9ƒ'max.
Недостатками объективов [1-3] являются малое значение перепада увеличений, большие продольные габариты, составляющие (1,3÷1,9)ƒ'mах, низкое качество изображения, а также сложность обеспечения раздельного точного перемещения нескольких оптических компонентов и их фиксации в требуемых положениях.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип является инфракрасный (ИК) объектив с двумя фокусными расстояниями для работы в оптических системах тепловизоров [4], состоящий из расположенных по ходу луча первого положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображений, второго отрицательного мениска с возможностью его перемещения по оптической оси для обеспечения двух значений фокусных расстояний ƒ'1=15 мм и ƒ'2=60 мм, апертурной диафрагмы и третьего положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображений. Первый и третий мениски содержат по одной асферической поверхности. Особенностью объектива является то, что перемещение второго мениска осуществляется за счет ввода и вывода его из оптической схемы объектива с одновременным разворотом на 180°.
Основным недостатком прототипа являются малое значение перепада увеличений m=4 и большие продольные габариты, составляющие 1,6ƒ'max.
Технический результат - обеспечение повышения перепада увеличений объектива с дискретным изменением фокусного расстояния при одновременном уменьшении продольных габаритов и сохранении высокой его светосилы и качества изображения.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного прототипа, предложен ИК объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, содержащий расположенные по ходу лучей первый положительный компонент, второй отрицательный компонент и третий положительный компонент, при этом второй компонент имеет два звена, которые попеременно вводятся в ход лучей в фиксированное положение на оптической оси для дискретного изменения фокусного расстояния, для чего первый компонент состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первое звено второго компонента состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, и двояковогнутой линзы, второе звено второго компонента состоит из двух двояковогнутых линз, третий компонент состоит из двух положительных менисков, обращенных вогнутостью к плоскости изображения, и расположенного между ними отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, причем апертурная диафрагма для меньшего фокусного расстояния находится в составе третьего компонента, а для большего - в составе первого, третий компонент состоит из базового элемента и асферического корректора сферической аберрации и астигматизма, а в объективе соблюдаются следующие соотношения:
где L2 - осевая толщина второго компонента, включая расстояния до первого и третьего компонентов, L - длина объектива вдоль оптической оси от первого компонента до плоскости изображения, ƒ'2 - фокусное расстояние второго компонента, ƒ'min и ƒ'max - минимальное и максимальное значения фокусного расстояния объектива соответственно.
В отличие от прототипа, в котором для изменения фокусного расстояния используется разворот и перемещение вдоль оптической оси одной и той же линзы, в настоящем изобретении каждое из двух звеньев имеет свои конструктивные параметры, что позволяет добиться более высокого перепада увеличений и меньших продольных габаритов. При этом увеличивается точность установки второго подвижного компонента в ход лучей объектива за счет более простого закона перемещения звеньев компонента.
Положительный эффект настоящего изобретения в отличие от прототипа заключается в том, что третий положительный компонент содержит два функциональных элемента, один из которых – базовый - служит для обеспечения требуемой оптической силы объектива и компенсации сдвига плоскости изображения, второй – коррекционный (асферический корректор) - имеет малую оптическую силу и служит для коррекции остаточных аберраций всего объектива, прежде всего сферической аберрации и астигматизма, за счет использования в его составе асферических поверхностей. При этом использование в качестве третьего компонента одной асферической линзы (прототип) является недостаточным для обеспечения высокого качества изображения при повышении перепада увеличений и уменьшении продольных габаритов.
На обеспечение высокого качества изображения объектива также направлено изменение положения апертурной диафрагмы при смене фокусных расстояний. При минимальном значении фокусного расстояния она находится в составе третьего компонента, при максимальном - в составе первого. Такое техническое решение направлено на одновременное устранение кривизны изображения и астигматизма для максимального фокусного расстояния. Конструктивно это обеспечивается за счет ограничения световых диаметров линз, при некотором снижении относительного отверстия объектива при максимальном фокусном расстоянии по сравнению с относительным отверстием при минимальном фокусном расстоянии.
В объективе соблюдаются следующие соотношения, необходимые для обеспечения продольных габаритов, удовлетворяющих соотношению
L≤1,2ƒ'max :
Более высокие технические характеристики предлагаемого ИК объектива с дискретным изменением фокусного расстояния обеспечиваются описанной выше совокупностью отличительных признаков. Показанная совокупность отличительных признаков направлена на получение заявленного технического результата.
На фиг. 1а и 1б показана оптическая схема ИК объектива с дискретным изменением фокусного расстояния, а также ход лучей осевого и наклонного пучков.
Позиции:
1 - первый компонент, состоящий из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения;
2 - второй компонент, первое звено которого состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, и двояковогнутой линзы, второе звено - из двух двояковогнутых линз,
3 - третий компонент, состоящий из двух положительных менисков, обращенных вогнутостью к плоскости изображения, и расположенного между ними отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости предметов.
Фиг. 1а соответствует взаимному расположению линз компонентов при ƒ'min=20 мм, а фиг. 1б - при ƒ'max=130 мм.
Конструктивные параметры одного из возможных вариантов предлагаемого объектива, обладающего всей совокупностью указанных отличительных признаков, приведены в таблице 1.
Стрелка прогиба (z) асферических поверхностей 9 и 12 определяется выражением:
где у (мм) - радиальная координата; r (мм) - радиус поверхности при вершине;
а 1 (мм-3), а 2 (мм-5), а 3 (мм-7) - коэффициенты асферической поверхности (таблица 2).
Первая линза третьего компонента является базовым элементом, а оставшиеся две - асферическим корректором.
При минимальном фокусном расстоянии апертурная диафрагма совпадает с первой поверхностью базовой линзы третьего компонента, при максимальном - со второй поверхностью мениска первого компонента. Относительное отверстие объектива определяется световыми диаметрами данных поверхностей и составляет 1:1 при ƒ'min=20 мм и 1:1,6 при ƒ'max =130 мм.
Перепад увеличений объектива m=6,5, длина объектива от первой линзы до плоскости изображения составляет 154,97 мм, что не превышает 1,2ƒ'max. В объективе соблюдаются следующие соотношения:
На фиг. 2а, 26 приведены графики полихроматической функции передачи модуляции (ПФПМ) ИК объектива с дискретным изменением фокусного расстояния в меридиональной (м) и сагиттальной (с) плоскостях, для ƒ'min=20 мм и ƒ'max=130 мм соответственно. По оси ординат указаны коэффициенты передачи модуляции в относительных единицах, по оси абсцисс - пространственные частоты в диапазоне от 0 до 30 мм-1 (соответствует частоте Найквиста для матричного приемника излучения с размером пикселя 17 мкм), отнесенные к плоскости изображений объектива. Верхняя кривая на графиках, приведенных на фиг. 2а и 2б, соответствует дифракционной ПФПМ, остальные кривые - ПФПМ для различных точек изображения в пределах рабочего углового поля 2у'=13,6 мм. Графики подтверждают, что качество изображения объектива является достаточным для работы с современными матричными инфракрасными приемниками излучения.
Таким образом, ИК объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, обладающий совокупностью указанных отличительных признаков, обеспечивает заявленный технический результат.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент RU №2348954. Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием. Опубл. 10.03.2009. Бюл. №7.
2. Патент RU №2339983. Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра (варианты) Опубл. 27.11.2008. Бюл. №33.
3. Патент RU №2316797. Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра. Опубл. 10.02.2008 Бюл. №4.
4. Патент RU №2578268. Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием. Опубл. 27.03.2016. Бюл. №9.
Claims (4)
- Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, содержащий расположенные по ходу лучей первый положительный компонент, второй отрицательный компонент и третий положительный компонент, при этом второй компонент имеет два звена, которые попеременно вводятся в ход лучей в фиксированное положение на оптической оси для дискретного изменения фокусного расстояния, причем первый компонент состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, первое звено второго компонента состоит из положительного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, и двояковогнутой линзы, второе звено второго компонента состоит из двух двояковогнутых линз, третий компонент состоит из двух положительных менисков, обращенных вогнутостью к плоскости изображения, и расположенного между ними отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, отличающийся тем, что апертурная диафрагма для меньшего фокусного расстояния находится в составе третьего компонента, а для большего - в составе первого, третий компонент содержит базовый элемент и асферический корректор сферической аберрации и астигматизма, а в объективе соблюдаются следующие соотношения:
- где L2 - осевая толщина второго компонента, включая расстояния до первого и третьего компонентов, L - длина объектива вдоль оптической оси от первого компонента до плоскости изображения, ƒ'2 - фокусное расстояние второго компонента, ƒ'min и ƒ'max - минимальное и максимальное значения фокусного расстояния объектива соответственно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143759A RU2697940C1 (ru) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143759A RU2697940C1 (ru) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2697940C1 true RU2697940C1 (ru) | 2019-08-21 |
Family
ID=67733817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018143759A RU2697940C1 (ru) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2697940C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4199217A (en) * | 1977-06-01 | 1980-04-22 | Pilkington P. E. Limited | Infra-red optical systems |
RU2183342C1 (ru) * | 2000-10-18 | 2002-06-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния |
RU2014124401A (ru) * | 2014-06-16 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Панкратическая оптическая система с дискретным изменением поля зрения |
RU2578268C1 (ru) * | 2014-10-30 | 2016-03-27 | Валерий Васильевич Вячин | Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием |
RU2646401C1 (ru) * | 2017-04-07 | 2018-03-05 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения |
-
2018
- 2018-12-10 RU RU2018143759A patent/RU2697940C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4199217A (en) * | 1977-06-01 | 1980-04-22 | Pilkington P. E. Limited | Infra-red optical systems |
RU2183342C1 (ru) * | 2000-10-18 | 2002-06-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Объектив с дискретным изменением фокусного расстояния |
RU2014124401A (ru) * | 2014-06-16 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Панкратическая оптическая система с дискретным изменением поля зрения |
RU2578268C1 (ru) * | 2014-10-30 | 2016-03-27 | Валерий Васильевич Вячин | Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием |
RU2646401C1 (ru) * | 2017-04-07 | 2018-03-05 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10162157B2 (en) | Optical image capturing system | |
US10394000B2 (en) | Optical image capturing system | |
US9851537B2 (en) | Optical image capturing system | |
US10295790B2 (en) | Optical image capturing system | |
US10416415B2 (en) | Optical image capturing system | |
US9989738B2 (en) | Optical image capturing system | |
US9897781B2 (en) | Optical image capturing system | |
CN103823294B (zh) | 具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统 | |
US10254512B2 (en) | Optical image capturing system | |
TWI525346B (zh) | 具有長焦深之光學成像系統及光學系統 | |
US10095006B2 (en) | Optical image capturing system | |
US9739980B2 (en) | Optical image capturing system | |
US10268020B2 (en) | Optical image capturing system | |
CN107589534A (zh) | 一种透镜系统及镜头 | |
US7880978B2 (en) | Objective lens system | |
RU2339983C2 (ru) | Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ик-области спектра (варианты) | |
JP6879723B2 (ja) | カタディオプトリック光学系、撮像装置および人工衛星 | |
RU2694557C1 (ru) | Инфракрасная система с двумя полями зрения | |
RU2697940C1 (ru) | Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния | |
RU2578661C1 (ru) | Инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием | |
US7532417B2 (en) | Dual field of view lens system | |
CN114236781B (zh) | 光学镜头 | |
RU2629888C1 (ru) | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра | |
US20210231921A1 (en) | Optical image capturing system | |
CN210864179U (zh) | 非共轴全反射式无移动元件主动变焦中继光学系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201211 |