RU2831936C1 - Infrared telephoto lens with two fields of view - Google Patents
Infrared telephoto lens with two fields of view Download PDFInfo
- Publication number
- RU2831936C1 RU2831936C1 RU2024106518A RU2024106518A RU2831936C1 RU 2831936 C1 RU2831936 C1 RU 2831936C1 RU 2024106518 A RU2024106518 A RU 2024106518A RU 2024106518 A RU2024106518 A RU 2024106518A RU 2831936 C1 RU2831936 C1 RU 2831936C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- component
- convex
- plane
- view
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 101000623895 Bos taurus Mucin-15 Proteins 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам, работающим в инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизионных приборах, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.The invention relates to the field of optical instrument making, namely to optical systems operating in the infrared (IR) region of the spectrum, and can be used in thermal imaging devices built on the basis of cooled matrix thermal radiation receivers.
Известна оптическая система инфракрасного объектива с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой (патент RU №2400784 С1, МПК G02B 13/14, G02B 15/16, G02B 9/64, дата приоритета 21.08.2009 г.), состоящая из десяти линз. Инфракрасный объектив, выполненный без асферических и дифракционных оптических элементов, имеет высокое качество изображения (относительное отверстие 1:2). Но большое количество линз снижает коэффициент пропускания системы, что и является его недостатком.An optical system of an infrared lens with two fields of view and an external aperture diaphragm is known (patent RU No. 2400784 C1, IPC G02B 13/14, G02B 15/16, G02B 9/64, priority date 21.08.2009), consisting of ten lenses. The infrared lens, made without aspherical and diffraction optical elements, has high image quality (relative aperture 1:2). But a large number of lenses reduces the transmission coefficient of the system, which is its disadvantage.
Известен инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием (патент RU №2299454 С1, МПК G02B 13/16, G02B 13/14, дата приоритета 31.01.2005 г.), содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, подвижные второй и третий компоненты, а также неподвижные четвертый и пятый компоненты. Объектив имеет большую кратность изменения фокусного расстояния М=5× (фокусное расстояние меняется от 60 мм до 300 мм). Изменение фокусного расстояния осуществляется одновременным перемещением вдоль оптической оси второго и третьего компонентов, при этом перемещение второго компонента составляет 182 мм, а третьего - на 67,6 мм от исходного положения. Большие значения перемещений подвижных компонентов приводят к значительному осевому габариту объектива, являясь его недостатком.An infrared lens with a smoothly changing focal length is known (patent RU No. 2299454 C1, IPC G02B 13/16, G02B 13/14, priority date 31.01.2005), comprising a fixed first component, movable second and third components, and fixed fourth and fifth components sequentially located along the optical axis. The lens has a large focal length change multiplicity M = 5 × (the focal length changes from 60 mm to 300 mm). The focal length is changed by simultaneously moving the second and third components along the optical axis, with the second component moving 182 mm and the third component moving 67.6 mm from the initial position. Large values of the movable component movements lead to a significant axial dimension of the lens, which is its disadvantage.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемой системе является инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения (патент RU №2630195 С1, МПК G02B 13/02, G02B 13/14, G02B 15/14, дата приоритета 01.0.2016 г.). Оптическая система работает в средней инфракрасной области спектра от 3,7 до 4,85 мкм. Инфракрасный телеобъектив содержит по ходу луча четыре компонента. Первый неподвижный компонент содержит два мениска, обращенные выпуклыми поверхностями к плоскости предметов, из них первый положительный, а второй отрицательный. Вторая поверхность первого мениска и первая поверхность второго мениска асферические. Второй компонент - подвижная двояковогнутая линза, вторая поверхность которой асферическая. Третий неподвижный положительный компонент содержит два мениска, обращенные выпуклыми поверхностями к плоскости предметов, из них первый положительный, второй отрицательный, вторая поверхность первого мениска и первая поверхность второго мениска асферические. Четвертый компонент - неподвижная одиночная положительная выпукло-вогнутая линза, обращенная выпуклостью к плоскости предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. В пространстве между третьим и четвертым компонентами формируется промежуточное изображение. Фокусное расстояние объектива инфракрасной системы узкого поля ƒ'=-183,3 мм, широкого поля ƒ'=-61 мм, линейное поле зрения в пространстве изображений 9,6 мм × 7,68 мм. Функцию апертурной диафрагмы в процессе работы объектива в составе с охлаждаемым матричным приемником ИК излучения выполняет охлаждаемая диафрагма приемника. Объектив позволяет изменять размер поля в три раза и обладает высоким качеством изображения. Но данный объектив является технически сложным в изготовлении - из шести линз пять имеют асферические поверхности, а одна асферо-дифракционную, что усложняет его производство и повышает стоимость изготовления, что является недостатком этого объектива.The closest analogue in technical essence to the claimed system is an infrared telephoto lens with two fields of view (patent RU No. 2630195 C1, IPC G02B 13/02, G02B 13/14, G02B 15/14, priority date 01.0.2016). The optical system operates in the mid-infrared spectrum from 3.7 to 4.85 μm. The infrared telephoto lens contains four components along the beam path. The first fixed component contains two meniscuses facing the plane of objects with their convex surfaces, the first of which is positive and the second negative. The second surface of the first meniscus and the first surface of the second meniscus are aspherical. The second component is a movable biconcave lens, the second surface of which is aspherical. The third fixed positive component contains two meniscuses facing the plane of objects with their convex surfaces, of which the first is positive, the second is negative, the second surface of the first meniscus and the first surface of the second meniscus are aspherical. The fourth component is a fixed single positive convex-concave lens facing the plane of objects with its convexity, the second surface of which is asphero-diffractive. An intermediate image is formed in the space between the third and fourth components. The focal length of the narrow-field infrared system objective is ƒ'=-183.3 mm, wide-field ƒ'=-61 mm, the linear field of view in the image space is 9.6 mm × 7.68 mm. The function of the aperture diaphragm during operation of the objective in combination with a cooled matrix IR radiation receiver is performed by the cooled diaphragm of the receiver. The objective allows changing the field size by three times and has high image quality. But this lens is technically difficult to manufacture - out of six lenses, five have aspherical surfaces, and one has asphero-diffractive surfaces, which complicates its production and increases the cost of production, which is a disadvantage of this lens.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание технологичной, экономически эффективной конструкции инфракрасного телеобъектива с высокими техническими характеристиками.The task that the claimed invention is aimed at solving is the creation of a technologically advanced, cost-effective design of an infrared telephoto lens with high technical characteristics.
Технический результат заключается в уменьшении количества асферических поверхностей при сохранении количества оптических элементов, повышении кратности изменения поля зрения при сохранении качества изображения, а также выносе входного зрачка, что позволит использовать телеобъектив в специальной технике с перископическим ходом лучей, что позволит уменьшить габариты защитных окон изделий, в которых применяется предлагаемая схема.The technical result consists in reducing the number of aspherical surfaces while maintaining the number of optical elements, increasing the multiplicity of the field of view change while maintaining the image quality, as well as removing the entrance pupil, which will allow the use of a telephoto lens in special equipment with a periscopic beam path, which will reduce the dimensions of the protective windows of products in which the proposed scheme is used.
Это достигается тем, что оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения так же, как и аналог, состоит из расположенных по ходу луча четырех компонентов. Первый неподвижный компонент содержит первую положительную линзу, обращенную выпуклой поверхностью к плоскости предметов, и, в отличие от аналога, выполненную из германия, вторую отрицательную линзу, которая, в отличие от аналога, выполнена плоско-вогнутой, обращенной вогнутой поверхностью к плоскости предметов и изготовленную из флюорита. Первый компонент отличается от аналога тем, что после второй линзы введена третья положительная выпукло-вогнутая линза из селенида цинка, обращенная выпуклой поверхностью к плоскости предметов. Второй подвижный компонент представляет собой отрицательную линзу из германия, выполненную, в отличие от аналога, выпукло-вогнутой, обращенной выпуклой поверхностью к плоскости предметов. Третий компонент состоит из положительной линзы, вторая поверхность которой является асферической и, в отличие от аналога, линза выполнена плоско-выпуклой из германия, обращенной выпуклой поверхностью к плоскости изображений. Линза установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Четвертый неподвижный компонент представляет собой одиночную положительную выпукло-вогнутую линзу из германия, обращенную выпуклой поверхностью к плоскости предметов, в отличие от аналога, первая поверхность этой линзы асферическая.This is achieved by the fact that the optical scheme of the infrared telephoto lens with two fields of view, like the analogue, consists of four components located along the beam. The first fixed component contains the first positive lens, facing the plane of objects with its convex surface, and, unlike the analogue, made of germanium, the second negative lens, which, unlike the analogue, is made flat-concave, facing the plane of objects with its concave surface and made of fluorite. The first component differs from the analogue in that after the second lens, a third positive convex-concave lens made of zinc selenide is introduced, facing the plane of objects with its convex surface. The second movable component is a negative lens made of germanium, made, unlike the analogue, convex-concave, facing the plane of objects with its convex surface. The third component consists of a positive lens, the second surface of which is aspherical and, unlike the analogue, the lens is made plano-convex from germanium, with its convex surface facing the plane of images. The lens is installed with the possibility of movement along the optical axis. The fourth fixed component is a single positive convex-concave lens made of germanium, with its convex surface facing the plane of objects, unlike the analogue, the first surface of this lens is aspherical.
Промежуточное изображение формируется между вторым и третьим компонентами.An intermediate image is formed between the second and third components.
При этом выполняются следующие соотношения:In this case, the following relationships are fulfilled:
где: ƒ1, ƒ2, ƒ3 - фокусные расстояния соответственно первой, второй, третьей линз первого компонента;where: ƒ 1 , ƒ 2 , ƒ 3 are the focal lengths of the first, second, third lenses of the first component, respectively;
ƒУП - фокусное расстояние объектива узкого поля зрения;ƒ UP - focal length of a narrow field of view lens;
d2 - воздушный промежуток между первой и второй линзами первого компонента;d 2 - air gap between the first and second lenses of the first component;
d4 - воздушный промежуток между второй и третьей линзами первого компонента;d 4 - air gap between the second and third lenses of the first component;
n2 - показатель преломления второй линзы первого компонента для λ=4 нм.n 2 is the refractive index of the second lens of the first component for λ=4 nm.
Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения работает с фотоприемным устройством, в котором имеется входное окно и охлаждаемая диафрагма, которая является апертурной диафрагмой оптической системы.The dual field infrared telephoto lens operates with a photodetector that has an input window and a cooled diaphragm, which is the aperture diaphragm of the optical system.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:
Фиг. 1 - оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения (широкое поле зрения);Fig. 1 - optical diagram of an infrared telephoto lens with two fields of view (wide field of view);
Фиг. 2 - оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения (узкое поле зрения);Fig. 2 - optical diagram of an infrared telephoto lens with two fields of view (narrow field of view);
Фиг. 3 - модуляционная передаточная функция или частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения в широком поле зрения;Fig. 3 - modulation transfer function or frequency-contrast characteristic (MCF) of an infrared telephoto lens with two fields of view in a wide field of view;
Фиг. 4 - модуляционная передаточная функция или частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения в узком поле зрения;Fig. 4 - modulation transfer function or frequency-contrast characteristic (MCF) of an infrared telephoto lens with two fields of view in a narrow field of view;
Фиг. 5 - диаграмма пятна рассеяния инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения в широком поле зрения;Fig. 5 - diagram of the scattering spot of an infrared telephoto lens with two fields of view in a wide field of view;
Фиг. 6 - диаграмма пятна рассеяния инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения в узком поле зрения;Fig. 6 - diagram of the scattering spot of an infrared telephoto lens with two fields of view in a narrow field of view;
Фиг. 7 - функция концентрации энергии (ФКЭ) инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения в широком поле зрения;Fig. 7 - energy concentration function (ECF) of an infrared telephoto lens with two fields of view in a wide field of view;
Фиг. 8 - функция концентрации энергии (ФКЭ) инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения в узком поле зрения;Fig. 8 - energy concentration function (ECF) of an infrared telephoto lens with two fields of view in a narrow field of view;
Фиг. 9 - относительная освещенность в плоскости изображения инфракрасного объектива с двумя полями зрения в широком поле зрения;Fig. 9 - relative illumination in the image plane of an infrared lens with two fields of view in a wide field of view;
Фиг. 10 - относительная освещенность в плоскости изображения инфракрасного объектива с двумя полями зрения в узком поле зрения.Fig. 10 - Relative illumination in the image plane of an infrared lens with two fields of view in a narrow field of view.
Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из четырех расположенных по ходу луча компонентов. Первый компонент I неподвижный, состоит из трех линз, первая выпукло-вогнутая положительная линза из германия поз. 1, обращенная выпуклой поверхностью к плоскости предметов, вторая отрицательная плоско-вогнутая линза из флюорита поз. 2, обращенная вогнутой поверхностью к плоскости предметов, третья положительная выпукло-вогнутая линза из селенида цинка поз. 3, обращенная выпуклой поверхностью к плоскости предметов. Второй компонент II, содержащий отрицательную выпукло-вогнутую линзу из германия поз. 4, обращенную выпуклой поверхностью к плоскости предметов, установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Третий компонент III состоит из положительной плоско-выпуклой линзы из германия поз. 5, обращенной выпуклой поверхностью к плоскости изображений, вторая поверхность линзы асферическая и установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Четвертый компонент IV неподвижный, состоит из положительной выпукло-вогнутой линзы из германия поз. 6, обращенной выпуклой поверхностью к плоскости предметов, первая поверхность линзы асферическая.An infrared telephoto lens with two fields of view (Fig. 1 and Fig. 2) consists of four components located along the beam path. The first component I is fixed and consists of three lenses: the first convex-concave positive lens made of germanium, pos. 1, with its convex surface facing the plane of objects, the second negative plano-concave lens made of fluorite, pos. 2, with its concave surface facing the plane of objects, the third positive convex-concave lens made of zinc selenide, pos. 3, with its convex surface facing the plane of objects. The second component II, containing a negative convex-concave lens made of germanium, pos. 4, with its convex surface facing the plane of objects, is mounted so as to be able to move along the optical axis. The third component III consists of a positive plano-convex lens made of germanium, pos. 5, with its convex surface facing the plane of images, the second surface of the lens is aspherical and is mounted with the possibility of movement along the optical axis. The fourth component IV is fixed, consists of a positive convex-concave lens made of germanium pos. 6, with its convex surface facing the plane of objects, the first surface of the lens is aspherical.
При этом выполняются следующие соотношения:In this case, the following relationships are fulfilled:
где: ƒ1, ƒ2, ƒ3, - фокусные расстояния соответственно первой, второй, третьей линз первого компонента;where: ƒ 1 , ƒ 2 , ƒ 3 , are the focal lengths of the first, second, third lenses of the first component, respectively;
ƒУП - фокусное расстояние объектива узкого поля зрения;ƒ UP - focal length of a narrow field of view lens;
d2 - воздушный промежуток между первой и второй линзами первого компонента;d 2 - air gap between the first and second lenses of the first component;
d4 - воздушный промежуток между второй и третьей линзами первого компонента;d 4 - air gap between the second and third lenses of the first component;
n2 - показатель преломления второй линзы первого компонента для λ=4 нм.n 2 is the refractive index of the second lens of the first component for λ=4 nm.
Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения работает с фотоприемным устройством (охлаждаемый матричный приемник инфракрасного излучения) поз. 7, в котором имеется входное окно поз. 8 и охлаждаемая диафрагма поз. 9, которая является апертурной диафрагмой оптической системы инфракрасного телеобъектива.The infrared telephoto lens with two fields of view works with a photodetector (cooled matrix infrared radiation receiver) pos. 7, which has an input window pos. 8 and a cooled diaphragm pos. 9, which is the aperture diaphragm of the optical system of the infrared telephoto lens.
В соответствии с предложенным решением рассчитана оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения, технические характеристики которой приведены в таблице 1.In accordance with the proposed solution, an optical design of an infrared telephoto lens with two fields of view was calculated, the technical characteristics of which are given in Table 1.
Конструктивные параметры предложенной оптической схемы инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения приведены в таблице 2.The design parameters of the proposed optical design of an infrared telephoto lens with two fields of view are given in Table 2.
В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков для двух полей зрения инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения.Table 3 shows the variable air gap values for the two fields of view of a dual-field infrared telephoto lens.
Оптическая схема инфракрасного телеобъектива с двумя полями зрения работает следующим образом: инфракрасное излучение, исходящее из бесконечно удаленных точек предмета, проходит через линзы поз. 1, поз. 2, поз. 3 первого компонента I, линзу поз. 4 второго компонента II, формирует действительное изображение в плоскости промежуточного изображения, далее излучение проходит через линзу поз. 5 третьего компонента III и линзу поз. 6 четвертого компонента IV в пределах углового поля, определяемого размерами охлаждаемого матричного приемника инфракрасного излучения и фокусным расстоянием инфракрасного телеобъектива (фиг. 1, фиг. 2), затем через входное окно поз. 8 и диафрагму поз. 9 фотоприемного устройства поз. 7 переносится в плоскость изображений объектива, обеспечивая для каждой точки предмета фокусировку в пятно малого размера, которое по величине сопоставимо с пятном рассеяния, обусловленным дифракцией. Плоскость чувствительных элементов фотоприемного устройства совмещается с плоскостью изображений инфракрасного объектива.The optical scheme of the infrared telephoto lens with two fields of view operates as follows: infrared radiation emanating from infinitely distant points of the object passes through lenses pos. 1, pos. 2, pos. 3 of the first component I, lens pos. 4 of the second component II, forms a real image in the plane of the intermediate image, then the radiation passes through lens pos. 5 of the third component III and lens pos. 6 of the fourth component IV within the angular field determined by the dimensions of the cooled matrix receiver of infrared radiation and the focal length of the infrared telephoto lens (Fig. 1, Fig. 2), then through the input window pos. 8 and the diaphragm pos. 9 of the photodetector pos. 7 is transferred to the plane of the lens images, providing for each point of the object focusing into a small spot, which in size is comparable with the scattering spot caused by diffraction. The plane of the sensitive elements of the photodetector is aligned with the plane of images of the infrared lens.
Смена полей зрения (фокусного расстояния) инфракрасного телеобъектива с широкого поля зрения на узкое поле зрения осуществляется одновременным перемещением линзы поз. 4 второго компонента II и линзы поз. 5 третьего компонента III, при этом линза поз. 4 второго компонента II смещается в направлении линз поз. 1, поз. 2 и поз. 3 первого компонента I (величина перемещения составляет Δ=51,22-29,14=22,08 мм), а линза поз. 5 третьего компонента III перемещается в направление линзы поз. 6 четвертого компонента IV (величина перемещения составляет Δ=43,37-32,30=11,07 мм).The change of the field of view (focal length) of the infrared telephoto lens from a wide field of view to a narrow field of view is achieved by simultaneously moving the lens pos. 4 of the second component II and the lens pos. 5 of the third component III, wherein the lens pos. 4 of the second component II is shifted in the direction of the lenses pos. 1, pos. 2 and pos. 3 of the first component I (the amount of shift is Δ=51.22-29.14=22.08 mm), and the lens pos. 5 of the third component III is shifted in the direction of the lens pos. 6 of the fourth component IV (the amount of shift is Δ=43.37-32.30=11.07 mm).
Фокусное расстояние объектива при этом изменяется от ƒ'=-34,6 мм (минимальное) до ƒ'=-138,88 мм (максимальное). Кратность М изменения фокусного расстояния составляет:The focal length of the lens changes from ƒ'=-34.6 mm (minimum) to ƒ'=-138.88 mm (maximum). The multiplicity M of the change in focal length is:
У аналога изменение фокусного расстояния составляет 3 крата.The analogue has a 3x change in focal length.
При смене поля зрения с узкого на широкое поле зрения угловое поле телеобъектива так же увеличивается в четыре раза.When changing the field of view from a narrow to a wide field of view, the angular field of view of a telephoto lens also increases fourfold.
При смене угловых полей зрения в объективе сохраняется высокое качество изображения и обеспечивается постоянство относительного отверстия, которое составляет 1:4.When changing the angular fields of view, the lens maintains high image quality and ensures a constant relative aperture of 1:4.
Качество изображения оптической системы объектива оценивается с помощью параметров кружка рассеяния и модуляционной передаточной функции. Параметры модуляционной передаточной функции оптической системы инфракрасного телеобъектива в сравнении с дифракционно-ограниченной системой приведены в таблице 4 для широкого поля зрения и в таблице 5 для узкого поля зрения, а также показаны на фиг. 3 и фиг. 4.The image quality of the lens optical system is estimated using the parameters of the scattering circle and the modulation transfer function. The parameters of the modulation transfer function of the optical system of the infrared telephoto lens in comparison with the diffraction-limited system are given in Table 4 for a wide field of view and in Table 5 for a narrow field of view, and are also shown in Fig. 3 and Fig. 4.
На фиг. 5 и фиг. 6 приведены диаграммы пятна рассеяния. Геометрический радиус кружка рассеяния точки не превышает 19,9 мкм в центре поля зрения и 43,9 мкм на краю поля зрения для широкого поля зрения и 23,8 мкм в центре поля зрения и 28,9 мкм на краю поля зрения для узкого поля зрения.Fig. 5 and Fig. 6 show the diagrams of the scattering spot. The geometric radius of the scattering circle of a point does not exceed 19.9 μm in the center of the field of view and 43.9 μm at the edge of the field of view for a wide field of view and 23.8 μm in the center of the field of view and 28.9 μm at the edge of the field of view for a narrow field of view.
Значение концентрации энергии для двух полей зрения приведены в таблице 6 и на графиках фиг. 7 и фиг. 8.The energy concentration values for the two fields of view are given in Table 6 and in the graphs of Fig. 7 and Fig. 8.
Оптическая система инфракрасного телеобъектива имеет очень высокое качество изображения, в широком поле зрения концентрация энергии в кружке радиусом 15 мкм составляет при дифракционном пределе 79% для осевого пучка 71%, для внеосевого (2ω=20°) 63%, для узкого поля зрения значение концентрации энергии составляет для осевого пучка 72%, для внеосевого (2ω=5°) 61%.The optical system of the infrared telephoto lens has a very high image quality; in a wide field of view, the energy concentration in a circle with a radius of 15 µm is 71% at the diffraction limit of 79% for the on-axis beam, 63% for the off-axis beam (2ω=20°), for a narrow field of view, the energy concentration value is 72% for the on-axis beam, 61% for the off-axis beam (2ω=5°).
Заявленная оптическая система не имеет виньетирования, поэтому падение относительной освещенности в плоскости изображения (на плоскости чувствительных элементов матрицы фотоприемного устройства) от центра к краю составляет от 1 до 0,89 для широкого и от 1 до 0,86 для узкого полей зрения, что подтверждается графиками фиг. 9 и фиг. 10.The claimed optical system has no vignetting, therefore the drop in relative illumination in the image plane (on the plane of the sensitive elements of the photodetector matrix) from the center to the edge is from 1 to 0.89 for a wide and from 1 to 0.86 for a narrow field of view, which is confirmed by the graphs in Fig. 9 and Fig. 10.
Инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения позволяет изменить размер поля в четыре раза, имеет высокое качество изображения и все его поверхности, кроме двух, сферические.The infrared telephoto lens with two fields of view allows the field size to be changed four times, has high image quality and all but two of its surfaces are spherical.
Таким образом, достигнут технический результат - создан инфракрасный телеобъектив с двумя полями зрения, вынесенной апертурной диафрагмой, которая совпадает с охлаждаемой диафрагмой приемника, что обеспечивает возможность сопряжения телеобъектива с современными охлаждаемыми матричными приемниками излучения ИК диапазона, с уменьшенным количеством асферических поверхностей при увеличении кратности изменения поля зрения, высоком качестве изображения и прежнем количестве линз в телеобъективе, а именно шести, а также вынос входного зрачка, что позволит использовать телеобъектив в специальной технике с перископическим ходом лучей, что позволит уменьшить габариты защитных окон изделий, в которых применяется предлагаемая схема.Thus, a technical result has been achieved - an infrared telephoto lens with two fields of view, an extended aperture diaphragm, which coincides with the cooled diaphragm of the receiver, has been created, which provides the possibility of coupling the telephoto lens with modern cooled matrix receivers of IR radiation, with a reduced number of aspherical surfaces with an increase in the multiplicity of the field of view change, high image quality and the same number of lenses in the telephoto lens, namely six, as well as an extension of the entrance pupil, which will allow the use of the telephoto lens in special equipment with a periscopic beam path, which will reduce the dimensions of the protective windows of products in which the proposed scheme is used.
Claims (8)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2831936C1 true RU2831936C1 (en) | 2024-12-16 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5933272A (en) * | 1998-05-28 | 1999-08-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Dual field of view afocal |
US7092150B1 (en) * | 2003-12-11 | 2006-08-15 | Computer Optics, Inc | Optically compensated infrared zoom lens having a single movable lens carriage and no aspheric lenses |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5933272A (en) * | 1998-05-28 | 1999-08-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Dual field of view afocal |
US7092150B1 (en) * | 2003-12-11 | 2006-08-15 | Computer Optics, Inc | Optically compensated infrared zoom lens having a single movable lens carriage and no aspheric lenses |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2524612B2 (en) | Infrared Afocal Zoom Telescope | |
US7106529B2 (en) | Flat wide-angle lens system | |
US4999005A (en) | Wide band color correcting infrared lens system | |
CN111367063B (en) | Medium-wave infrared continuous zoom lens and imaging device | |
JP2731481B2 (en) | Telecentric imaging optics | |
US7733581B2 (en) | Large aperture imaging optical system | |
JP7194979B2 (en) | Imaging optical system and imaging device | |
US6423969B1 (en) | Dual infrared band objective lens | |
CN110716296B (en) | Large-target-surface miniaturized uncooled infrared continuous zooming optical system | |
US5933272A (en) | Dual field of view afocal | |
US4676581A (en) | Infra-red lenses | |
US4398786A (en) | Collimation lens system | |
CN216133244U (en) | High-zoom-ratio long-wave infrared continuous zoom lens | |
US4770516A (en) | Telephoto lens system capable of closeup shooting | |
CN109491061B (en) | Miniaturized zoom lens | |
JP7026933B2 (en) | Imaging optical system and imaging device | |
JP2004264685A (en) | Variable power optical device | |
US5715096A (en) | Zoom lens | |
JP2737272B2 (en) | Variable power optical system for infrared | |
RU2831936C1 (en) | Infrared telephoto lens with two fields of view | |
JP2701445B2 (en) | Zoom optical system | |
RU2722623C1 (en) | Optical system of a thermal imager with two fields of vision | |
CN214474202U (en) | Low-cost infrared objective lens capable of continuously zooming | |
US4948239A (en) | Zoom lens | |
RU2815613C1 (en) | Infrared lens with two fields of view |