RU2697940C1 - Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния - Google Patents

Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния Download PDF

Info

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
Application number
RU2018143759A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Евгеньевич Алимов
Дмитрий Викторович Толочков
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ")
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 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") filed Critical Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ")
Priority to RU2018143759A priority Critical patent/RU2697940C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2697940C1 publication Critical patent/RU2697940C1/ru

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
    • G02B15/02—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:
Figure 00000001
Figure 00000002
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 :
Figure 00000003
Figure 00000004
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.
Figure 00000005
Стрелка прогиба (z) асферических поверхностей 9 и 12 определяется выражением:
Figure 00000006
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).
Figure 00000007
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:
Figure 00000008
Figure 00000009
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)

  1. 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:
  2. Figure 00000010
  3. Figure 00000011
  4. 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.
RU2018143759A 2018-12-10 2018-12-10 Инфракрасный объектив с дискретным изменением фокусного расстояния RU2697940C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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