RU52490U1 - INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE - Google Patents
INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE Download PDFInfo
- Publication number
- RU52490U1 RU52490U1 RU2005133643/22U RU2005133643U RU52490U1 RU 52490 U1 RU52490 U1 RU 52490U1 RU 2005133643/22 U RU2005133643/22 U RU 2005133643/22U RU 2005133643 U RU2005133643 U RU 2005133643U RU 52490 U1 RU52490 U1 RU 52490U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- focal length
- component
- components
- infrared lens
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Использование: В качестве объектива для тепловизионного прибора с плавно изменяющимся полем зрения. Цель: Увеличение интервала изменения фокусного расстояния, уменьшение длины объектива и повышение качества изображения во всем интервале изменения фокусного расстояния. Сущность полезной модели: В объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащем последовательно расположенные первый неподвижный компонент, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и неподвижные четвертый и пятый компоненты, пятый компонент выполнен в виде первой и второй, положительных выпукло-вогнутых линз, при этом фокусные расстояния f1, f2, f5, соответственно первого, второго и пятого компонентов, выбираются в зависимости от максимального фокусного расстояния ft инфракрасного объектива в следующих пределах: f1=(от 1,22 до 1,24)ft; f2=(от -0,48 до -0,5)ft; f5=(от 0,41 до 0,42)ft, при этом, вторая поверхность первой линзы пятого компонента выполнена асферической. Положительный эффект: Расширение интервала изменения фокусного расстояния, уменьшение габаритов и повышение качества изображения.Usage: As a lens for a thermal imaging device with a continuously changing field of view. Purpose: Increasing the interval of changing the focal length, decreasing the length of the lens and improving the quality of the image throughout the interval of changing the focal length. The essence of the utility model: In a lens with a smoothly changing focal length, containing the first fixed component in series, the second and third components mounted for movement along the optical axis, and the fourth and fifth components fixed, the fifth component is made in the form of the first and second positive convex -concave lenses, while the focal lengths f 1 , f 2 , f 5 , respectively, of the first, second and fifth components, are selected depending on the maximum focal length f t infra red lens in the following limits: f 1 = (from 1.22 to 1.24) f t ; f 2 = (from -0.48 to -0.5) f t ; f 5 = (from 0.41 to 0.42) f t , while the second surface of the first lens of the fifth component is aspherical. Positive effect: Extending the interval of changing the focal length, reducing the size and improving the image quality.
Description
Полезная модель относится к ИК оптическим системам и может быть использована в тепловизорах.The utility model relates to infrared optical systems and can be used in thermal imagers.
Известен инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. патент Великобритании №1532096), содержащий последовательно расположенные первый неподвижный компонент, состоящий из одной линзы, подвижный второй компонент, состоящий из одной линзы, подвижный третий компонент, состоящий из одной линзы и неподвижный четвертый компонент, состоящий из двух линз.Known infrared lens with a smoothly changing focal length (see UK patent No. 1532096), containing sequentially arranged first stationary component, consisting of one lens, a movable second component, consisting of one lens, a movable third component, consisting of one lens and a stationary fourth component consisting of two lenses.
Недостатком такого инфракрасного объектива является малый интервал изменения фокусного расстояния (отношение максимального фокусного расстояния к минимальному М=3,5), а также достаточно большой кружок аберрационного рассеяния от точечного источника излучения, приводящий к размытию изображения и плохому его качеству.The disadvantage of this infrared lens is the small interval of the focal length (the ratio of the maximum focal length to the minimum M = 3.5), as well as a sufficiently large circle of aberration scattering from a point radiation source, which leads to blurring of the image and its poor quality.
Часть из указанных недостатков устранены в наиболее близком по технической сущности инфракрасном объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (см. патент США №6091551, М. кл. G 02 B 15/14; G 02 B 13/14, публ. 18.07.2000 г., схема на фиг.6), содержащем последовательно расположенные неподвижный компонент I с фокусным расстоянием f1, подвижный компонент II с фокусным расстоянием f2, подвижный компонент III с фокусным расстоянием f3, далее неподвижные компонент IV с фокусным расстоянием f4 и компонент V с фокусным расстоянием f5, состоящий из пяти линз.Some of these shortcomings were eliminated in the infrared lens closest in technical essence to a smoothly changing focal length (see US patent No. 6091551, M. class. G 02 B 15/14; G 02 B 13/14, publ. 18.07.2000 g ., the diagram in FIG. 6), containing a successive fixed component I with a focal length f 1 , a moving component II with a focal length f 2 , a moving component III with a focal length f 3 , then a fixed component IV with a focal length f 4 and a component V with a focal length of f 5 , consisting of five lenses.
Отношение максимального фокусного расстояния к минимальному в этом инфракрасном объективе достигает М=4. Качество изображения обеспечивается соотношениями фокусных расстояний компонентов с максимальным фокусным расстоянием объектива ft:1.00<f1/ft, -0.40>f2/ft и 0.35<f5/ft<0.70 (см. также Шпякин М.Г. «Исследование и расчет объективов с широкими интервалами изменения фокусного расстояния», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Л. 1971 г., The ratio of the maximum focal length to the minimum in this infrared lens reaches M = 4. Image quality is ensured by the ratio of the focal lengths of the components with the maximum focal length of the lens f t : 1.00 <f 1 / f t , -0.40> f 2 / f t and 0.35 <f 5 / f t <0.70 (see also Shpyakin MG “Research and calculation of lenses with wide intervals of changing focal length”, abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical sciences, L. 1971,
с.13), где приведен ряд уравнений, связывающих оптические силы компонентов, анализируя которые можно получить требуемые соотношения фокусных расстояний: f1/ft>1, f2/ft<0 и т.д. Указанные соотношения дают довольно широкий диапазон для фокусных расстояний компонентов, в котором сложно найти требуемые значения, позволяющие создать конструкцию объектива с наиболее оптимальными характеристиками. В объективе, приведенном на фиг.6 патента США №6091551, выполнены следующие соотношения: f1/ft=1.39; f2/ft=-0.627; f5/ft=0.438. В рассматриваемой конструкции объектива его длина - расстояние от первой поверхности объектива до плоскости изображения, превышает максимальное фокусное расстояние в 1,83 раза, причем важную роль в определении длины объектива играет пятый компонент, состоящий из пяти линз. Отношение длины этого компонента к его фокусному расстоянию составляет 1,78. Другим недостатком объектива являются плохие аберрационные характеристики, а интервал изменения фокусных расстояний - отношение максимального фокусного расстояния к минимальному М=4. Эти характеристики обусловлены в данной конструкции, по мнению авторов, неоптимальными соотношениями фокусных расстояний отдельных компонентов объектива.p.13), where a series of equations are presented that relate the optical powers of the components, analyzing which one can obtain the required ratio of focal lengths: f 1 / f t > 1, f 2 / f t <0, etc. These ratios give a fairly wide range for the focal lengths of the components, in which it is difficult to find the required values that allow you to create a lens design with the most optimal characteristics. In the lens shown in Fig.6 of US patent No. 6091551, the following relationships are made: f 1 / f t = 1.39; f 2 / f t = -0.627; f 5 / f t = 0.438. In the lens construction under consideration, its length — the distance from the first lens surface to the image plane — exceeds the maximum focal length of 1.83 times, and the fifth component, consisting of five lenses, plays an important role in determining the length of the lens. The ratio of the length of this component to its focal length is 1.78. Another disadvantage of the lens is its poor aberration characteristics, and the range of focal lengths is the ratio of the maximum focal length to the minimum M = 4. These characteristics are determined in this design, according to the authors, by non-optimal ratios of the focal lengths of individual components of the lens.
Таким образом, недостатком описанного инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием является малый интервал изменения фокусных расстояний и большие габариты при недостаточном качестве изображения.Thus, the disadvantage of the described infrared lens with a smoothly changing focal length is the small interval for changing focal lengths and large dimensions with insufficient image quality.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение длины инфракрасного объектива относительно его максимального фокусного расстояния, увеличение отношения максимального фокусного расстояния к минимальному, а также повышение концентрации энергии в заданном кружке рассеяния, являющейся оптимальной характеристикой качества изображения.The problem the utility model aims to solve is to reduce the length of the infrared lens relative to its maximum focal length, increase the ratio of maximum to minimum focal length, and increase the energy concentration in a given scattering circle, which is the optimal characteristic of image quality.
Указанная цель достигается тем, что в инфракрасном объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием, содержащем последовательно расположенные первый неподвижный компонент, второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, This goal is achieved by the fact that in an infrared lens with a smoothly changing focal length containing sequentially arranged first stationary component, second and third components mounted with the possibility of movement along the optical axis,
и неподвижные четвертый и пятый компоненты, пятый компонент выполнен в виде первой и второй положительных выпукло-вогнутых линз, при этом фокусные расстояния f1, f2, f5, соответственно первого, второго и пятого компонентов, выбираются в зависимости от максимального фокусного расстояния инфракрасного объектива в следующих пределах:and the fourth and fifth components are stationary, the fifth component is made in the form of the first and second positive convex-concave lenses, while the focal lengths f 1 , f 2 , f 5 , respectively, of the first, second and fifth components are selected depending on the maximum infrared focal length lens within the following limits:
f1=(от 1.22 до 1.24)ft;f 1 = (from 1.22 to 1.24) f t ;
f2=(от -0.48 до -0.5)ft;f 2 = (from -0.48 to -0.5) f t ;
f5=(от 0.41 до 0.42)ft, гдеf 5 = (from 0.41 to 0.42) f t , where
f1, f2, f5 - фокусные расстояния первого, второго и пятого компонентов соответственно;f 1 , f 2 , f 5 are the focal lengths of the first, second, and fifth components, respectively;
ft - максимальное фокусное расстояние объектива.f t is the maximum focal length of the lens.
Вторая поверхность первой линзы пятого компонента может быть выполнена асферической.The second surface of the first lens of the fifth component can be aspherical.
Асферическая поверхность может быть выполнена в соответствии с уравнениемAspherical surface can be made in accordance with the equation
у2+z2=2rх-9.78769E-03rx2-1.7173E-04rx3+4.18166E-05rх4,y 2 + z 2 = 2rx-9.78769E-03rx 2 -1.7173E-04rx 3 + 4.18166E-05rx 4 ,
где у - ось системы координат, лежащей в плоскости меридионального сечения объектива;where y is the axis of the coordinate system lying in the plane of the meridional section of the lens;
z - ось системы координат, лежащей в плоскости сагиттального сечения объектива;z is the axis of the coordinate system lying in the plane of the sagittal section of the lens;
х - ось системы координат, совпадающей с оптической осью объектива;x is the axis of the coordinate system coinciding with the optical axis of the lens;
r - радиус кривизны начальной сферы второй поверхности первой линзы пятого компонента.r is the radius of curvature of the initial sphere of the second surface of the first lens of the fifth component.
Выбор фокусных расстояний первого, второго и пятого компонентов в зависимости от максимального фокусного расстояния объектива в указанных пределах позволили повлиять на уменьшение габаритов объектива, улучшение качества его изображения и увеличить по сравнению с прототипом интервал плавного изменения фокусного расстояния объектива до 5 крат (в прототипе - 4).The choice of focal lengths of the first, second and fifth components depending on the maximum focal length of the lens within the specified limits allowed to reduce the size of the lens, improve the quality of its image and increase the interval of smooth change of the focal length of the lens up to 5 times compared with the prototype (in the prototype - 4 )
Выполнение пятого компонента в виде первой и второй положительных выпукло-вогнутых линз позволило уменьшить его габариты до отношения The implementation of the fifth component in the form of the first and second positive convex-concave lenses made it possible to reduce its dimensions to the ratio
его длины к его фокусному расстоянию до 1,36 (в прототипе - 1,78) и, в совокупности с выбранными фокусными расстояниями первого и второго компонентов, обеспечить уменьшение габаритов объектива в целом до отношения его длины к фокусному расстоянию до 1,48 (в прототипе - 1,83).its length to its focal length up to 1.36 (in the prototype - 1.78) and, together with the selected focal lengths of the first and second components, to ensure that the overall dimensions of the lens are reduced to a ratio of its length to the focal length to 1.48 (in prototype - 1.83).
Выполнение второй поверхности первой линзы пятого компонента асферической, а также подбор уравнения этой асферической поверхности позволили выполнить требуемую коррекцию аберраций объектива не только по всему полю изображения, но и во всем интервале плавного изменения его фокусного расстояния, обеспечив максимальную концентрацию энергии в пятне дифракционного диаметра, необходимую для достижения высокого качества изображения.The execution of the second surface of the first lens of the fifth aspherical component, as well as the selection of the equations for this aspherical surface, made it possible to perform the required correction of the lens aberrations not only over the entire image field, but also over the entire interval of smooth change in its focal length, ensuring the maximum energy concentration in the spot of the diffraction diameter to achieve high image quality.
На чертеже представлена оптическая схема инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием от 60 до 300 мм с расположением линз для фокусного расстояния 300 мм.The drawing shows an optical diagram of an infrared lens with a continuously variable focal length from 60 to 300 mm with the location of the lenses for a focal length of 300 mm.
Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент I, состоящий из положительной выпукло-вогнутой линзы 1, подвижный второй компонент II, состоящий из первой отрицательной выпукло-вогнутой линзы 2 и второй отрицательной двояковогнутой линзы 3, подвижный третий компонент III состоящий из отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 4, неподвижный четвертый компонент IV состоящий из положительной вогнуто-выпуклой линзы 5 и неподвижный пятый компонент V, состоящий из первой положительной выпукло-вогнутой линзы 6 и второй положительной выпукло-вогнутой линзы 7. Вторая поверхность первой линзы 6 пятого компонента V выполнена асферической.The lens contains a stationary first component I, consisting of a positive convex-concave lens 1, a movable second component II, consisting of a first negative convex-concave lens 2 and a second negative biconcave lens 3, a movable third component III, consisting of a negative concave -convex lens 4, the motionless fourth component IV consisting of a positive concave-convex lens 5 and the motionless fifth component V, consisting of the first positive convex-concave th lens 6 and the second positive convex-concave lens 7. The second surface of the first lens 6 of the fifth component V is aspherical.
Асферическая поверхность первой линзы 6 пятого компонента V может быть выполнена в соответствии с уравнениемThe aspherical surface of the first lens 6 of the fifth component V can be made in accordance with the equation
у2+z2=2rх-9,78769E-03rx2-1,7173E-04rx3+4,18166Е-05rх4,y 2 + z 2 = 2rx-9.78769E-03rx 2 -1.7173E-04rx 3 + 4.18166E-05rx 4 ,
где у - ось системы координат, лежащей в плоскости меридионального сечения объектива;where y is the axis of the coordinate system lying in the plane of the meridional section of the lens;
z - ось системы координат, лежащей в плоскости сагиттального сечения объектива;z is the axis of the coordinate system lying in the plane of the sagittal section of the lens;
х - ось системы координат, совпадающей с оптической осью объектива;x is the axis of the coordinate system coinciding with the optical axis of the lens;
r - радиус кривизны начальной сферы второй поверхности первой линзы 6 пятого компонента.r is the radius of curvature of the initial sphere of the second surface of the first lens 6 of the fifth component.
Фокусное расстояние первого компонента f1=368.507 мм, его отношение к максимальному фокусному расстоянию объектива ft=300 мм, составляет 1,228. Фокусное расстояние второго компонента f2=-146,307 мм, его отношение к максимальному фокусному расстоянию объектива составляет минус 0,488. Фокусное расстояние пятого компонента f5=l25,49 мм, его отношение к максимальному фокусному расстоянию объектива составляет 0,418.The focal length of the first component f 1 = 368.507 mm, its ratio to the maximum focal length of the lens f t = 300 mm, is 1.228. The focal length of the second component is f 2 = -146.307 mm, its ratio to the maximum focal length of the lens is minus 0.488. The focal length of the fifth component is f 5 = l25.49 mm, its ratio to the maximum focal length of the lens is 0.418.
Конструктивные параметры заявляемого инфракрасного объектива с плавно изменяющимся фокусным расстоянием от 60 до 300 мм для области спектра 8,0-12,0 мкм с расположением линз для фокусного расстояния 300 мм представлены в таблице 1.The design parameters of the inventive infrared lens with a smoothly changing focal length from 60 to 300 mm for the spectral region of 8.0-12.0 μm with the location of the lenses for a focal length of 300 mm are presented in table 1.
Объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием работает следующим образом: параллельный пучок лучей инфракрасного излучения проходит через все линзы объектива, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз и фокусируется на оптической оси в фокальной плоскости. Диаметр пучка определяется диаметром апертурной диафрагмы, расположенной на первой поверхности линзы 6. Наклонные пучки лучей также проходят через все линзы объектива и фокусируются соответственно в другой точке фокальной плоскости. Изменение фокусного расстояния объектива производится путем перемещения вдоль оптической оси объектива компонентов II и III. Компоненты II и III перемещаются каждый по своему закону. Значения переменных воздушных промежутков d2, d6 и d8 для трех значений фокусных расстояний объектива приведены в таблице 2.A lens with a smoothly changing focal length works as follows: a parallel beam of infrared rays passes through all the lenses of the lens, refracted on each surface in accordance with the radii and materials of the lenses and focuses on the optical axis in the focal plane. The diameter of the beam is determined by the diameter of the aperture diaphragm located on the first surface of the lens 6. Inclined beams of rays also pass through all the lenses of the lens and are focused accordingly at another point in the focal plane. Changing the focal length of the lens is done by moving components II and III along the optical axis of the lens. Components II and III are each moved according to their own law. The values of the variable air gaps d2, d6 and d8 for the three values of the focal lengths of the lens are shown in table 2.
Из таблицы видно, что отношение максимального значения фокусного расстояния к минимальному М=5.The table shows that the ratio of the maximum value of the focal length to the minimum M = 5.
При заявляемом конструктивном исполнении длина объектива 443.75 мм и не превышает максимальное фокусное расстояние больше, чем в 1,48 раза.With the claimed design, the lens length is 443.75 mm and does not exceed the maximum focal length more than 1.48 times.
у2+z2=2rx-9,78769E-03rx2-1,7173Е-04rx3+4,18166E-05rх4. *) Aspherical surface of the form
for 2 + z 2 = 2rx-9.78769E-03rx 2 -1.7173E-04rx 3 + 4.18166E-05rx 4 .
Концентрация энергии, полученная расчетным путем, в пятне заданного диаметра 50 мкм, характеризующая качество изображения, представлена в таблице 3 для трех значений фокусных расстояний заявляемого объектива и объектива, взятого за прототип.The energy concentration obtained by calculation in a spot of a given diameter of 50 μm, which characterizes the image quality, is presented in table 3 for three values of the focal lengths of the inventive lens and the lens taken as a prototype.
В предлагаемом объективе с плавно изменяющимся фокусным расстоянием выбор конструкции первого, второго и пятого компонентов, обеспечивающей их фокусные расстояния, находящиеся в определенном соотношении с максимальным фокусным расстоянием объектива, выполнение пятого компонента в виде первой и второй положительных выпукло-вогнутых линз и выполнение второй поверхности первой линзы пятого компонента асферической с выбранным уравнением позволили увеличить интервал изменения фокусного расстояния объектива, уменьшить его габариты и улучшить качество изображения по сравнению с прототипом.In the proposed lens with a smoothly varying focal length, the choice of the design of the first, second and fifth components, providing their focal lengths, which are in a certain ratio with the maximum focal length of the lens, the fifth component in the form of the first and second positive convex-concave lenses and the second surface of the first lenses of the fifth aspherical component with the selected equation allowed to increase the interval of change in the focal length of the lens, to reduce its dimensions and improve image quality compared to the prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005133643/22U RU52490U1 (en) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005133643/22U RU52490U1 (en) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU52490U1 true RU52490U1 (en) | 2006-03-27 |
Family
ID=36389874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005133643/22U RU52490U1 (en) | 2005-10-31 | 2005-10-31 | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU52490U1 (en) |
-
2005
- 2005-10-31 RU RU2005133643/22U patent/RU52490U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107976794B (en) | Lighting system of light sheet lighting microscope capable of changing thickness and length of light sheet | |
| RU2481602C1 (en) | Dual-spectrum lens with discretely variable focal distance | |
| TW201725416A (en) | Imaging zoom lens system providing an imaging zoom lens system to increase a focusing speed at a telephoto end andapproach a focusing speed at a wide angle end | |
| CN105785555B (en) | A kind of big image planes, high magnification, high-resolution optical system | |
| RU2541420C1 (en) | Infrared lens with two fields of view | |
| CN107479169A (en) | Fixed focus projection lens | |
| CN209117959U (en) | A kind of imaging system | |
| RU2299454C1 (en) | Infrared objective with fluently changing focal distance | |
| RU52490U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
| JP2012501004A5 (en) | ||
| RU2359294C1 (en) | Infrared lens system with smoothly changing focal distance | |
| RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
| RU55155U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
| RU70584U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
| RU60740U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
| RU104331U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
| RU2310217C2 (en) | Ir objective with smoothly changing focal length | |
| RU2442196C1 (en) | Infrared objective lens with smoothly altering field of vision | |
| CN111856737B (en) | Two-photon light field calculation microscope objective | |
| RU2308063C1 (en) | Fast high-speed lens | |
| RU139664U1 (en) | INFRARED LENS WITH TWO FIELDS OF VISION | |
| RU2321873C1 (en) | Ir objective with smoothly changing focal length | |
| RU54215U1 (en) | INFRARED LENS WITH FULLY VARIABLE FOCUS DISTANCE | |
| RU2299455C2 (en) | Infrared objective with smoothly changing focal distance | |
| RU2545064C2 (en) | Variable focus lens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MG1K | Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model |
Ref document number: 2005133599 Country of ref document: RU Effective date: 20070520 |