[go: up one dir, main page]

RU66557U1 - Светосильный объектив для инфракрасной области спектра - Google Patents

Светосильный объектив для инфракрасной области спектра Download PDF

Info

Publication number
RU66557U1
RU66557U1 RU2007104078/22U RU2007104078U RU66557U1 RU 66557 U1 RU66557 U1 RU 66557U1 RU 2007104078/22 U RU2007104078/22 U RU 2007104078/22U RU 2007104078 U RU2007104078 U RU 2007104078U RU 66557 U1 RU66557 U1 RU 66557U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
optical power
lenses
meniscus
spectrum
Prior art date
Application number
RU2007104078/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Марина Валентиновна Воронова
Ирина Евгеньевна Совз
Михаил Наумович Сокольский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ЛОМО"
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 Открытое акционерное общество "ЛОМО" filed Critical Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority to RU2007104078/22U priority Critical patent/RU66557U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU66557U1 publication Critical patent/RU66557U1/ru

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

Использование: в области оптического приборостроения, а именно в тепловизионных приборах, приемники которых чувствительны в инфракрасной (ИК) области спектра, в частности в диапазоне спектра 8-14 мкм.
Задача: увеличение светосилы при высоком качестве изображения по всему полю, увеличение заднего отрезка и сохранение качества изображения при значительных перепадах температур.
Сущность: в светосильном объективе для инфракрасной области спектра, состоящем из первой линзовой группы с отрицательной оптической силой φI, выполненной из мениска с положительной оптической силой φ1 с выпуклой поверхностью, обращенной к предмету, мениска с отрицательной оптической силой φ2 с вогнутой поверхностью, обращенной к предмету, и второй линзовой группы с положительной оптической силой φII, выполненной из двух менисков с положительными оптическими силами φ3, φ4, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу, оптические силы линз первой I и второй II групп удовлетворяют условиям:
III|<0,25;
φ3,<φ4;
43)/φ4=0,1÷0,3;
0,4<|φ12|<0,9,
а расстояние (d) между группами линз удовлетворяет условию:
0,25<d/f'<0,6,
где f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива.
1 н.п. ф-лы, 1 илл.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в тепловизионных приборах, приемники которых чувствительны в инфракрасной (ЯК) области спектра, в частности в диапазоне спектра 8-14 мкм.
Системы, работающие в области спектра 8-14 мкм, позволяют наблюдать объекты, температура излучения которых составляет -50÷+50°С, что соответствует излучению в диапазоне 8-14 мкм.
К объективам, работающим в диапазоне спектра 8-14 мкм, предъявляются следующие требования:
1. Сверхвысокое относительное отверстие, составляющее
D:F=1:0.75÷1:1.
Это требование обусловлено тем, что яркость излучающих естественных объектов низка, а чувствительность используемых современных приемников (болометрических матриц)-мала.
2. Высокое, близкое к дифракционному, качество изображения. Размер элемента матрицы составляет Q=25×25 мкм. Для ИК тепловизионных приборов необходимо, чтобы в размере пикселя величина концентрации энергии η составляла не менее 75%, при том, что безаберрационная идеальная система дает η=89÷90%.
Для тепловизоров, формирующих изображение объектов конечных размеров, необходимо чтобы значение контраста изображения синусоидальной миры на частоте Найквиста υ=1/2Q=20 лин/мм было не менее 0,6.
3. Характеристики качество изображения должны быть постоянны по всему полю изображения объектива. Особенно это
требование важно для приборов обнаружения и слежения за удаленными объектами малых размеров. Это требование предполагает также:
- отсутствие виньетирования полевых лучей;
- близкий к телецентрическому ход главных лучей.
Выполнение перечисленных требований обеспечивает постоянство энергетических характеристик объектива по всему полю изображения.
4. Минимальное количество линзовых элементов.
Материал, применяемый обычно в ИК объективах, - оптический германий - имеет большой удельный вес, равный 5.33 г/см3. Кроме того, германий - достаточно дорогой материал. Минимизация количества линзовых элементов позволяет снизить вес объектива и его стоимость.
5. Габаритные параметры включают в себя требование, определяемое конструкцией приемника, чтобы задний фокальный отрезок S'f' удовлетворял условию S'f'≥10 мм, что для малых значений фокусного расстояния f' объективов составляет S'f'≥0,5÷1,0 f'
Кроме того, желательно, чтобы длина объектива не превышала 2÷2,5 f'.
6. Важной проблемой создания ИК объективов с использованием германия является значительное изменение его показателя преломления при изменении температуры. Это вызывает ухудшение качества изображения. Конструкция оптической схемы, а также выбор оптических сил линзовых компонентов должны минимизировать влияние изменения температуры на качество изображения.
Создание оптической системы светосильного объектива для ИК тепловизоров становится актуальной задачей.
Известны конструкции оптических схем объективов, удовлетворяющие вышеперечисленным требованиям и состоящие из 2-3 линз, но при этом относительное отверстие невысокое (D:F<1:1), а для достижения удовлетворительного качества изображения используются асферические поверхности, в том числе и высших порядков, что приводит к повышению стоимости таких систем и увеличению рассеянного света,
свойственного технологии изготовления асферических поверхностей [1, 2]. В объективах со сферическими поверхностями линз, в целях обеспечения требуемого уровня качества изображения обычно приходится снижать относительное отверстие или вводить виньетирования для полевых точек поля [3, 4].
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светосильный ИК объектив [5], состоящий из четырех менисковых линз, сформированных в две группы. Первая линзовая группа с отрицательной оптической силой φI состоит из мениска с положительной оптической силой φ1 с выпуклой поверхностью, обращенной к предмету, и мениска с отрицательной оптической силой φ2 с вогнутой поверхностью, обращенной к предмету, вторая линзовая группа с оптической силой φII выполнена из двух менисков с положительными оптическими силами φ3, φ4, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу.
Оптические силы групп удовлетворяют условям:
0,36<|φIII|<0,75,
1,45<|f'1/f'|<1,9,
где f'1 - фокусное расстояние первого мениска
f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива.
К недостаткам указанного объектива можно отнести:
1. невысокое относительное отверстие (D:F=1:1)
2. непостоянство качества изображения по полю, обусловленное, прежде всего, наличием виньетирования полевых пучков и отсутствием телецентрического хода лучей в пространстве изображений.
3. снижение качества изображения при низких температурах.
4. задний отрезок S'F' не превышает 0,5 f'.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение относительного отверстия при обеспечении высокого качества изображения по всему полю, увеличение
заднего отрезка и сохранение качества изображения при значительных перепадах температур.
Для решения поставленной задачи предлагается светосильный объектив для инфракрасной области спектра, который, как и прототип, состоит из двух линзовых групп. Первая линзовая группа с отрицательной оптической силой φI выполнена из мениска с положительной оптической силой φ1 с выпуклой поверхностью, обращенной к предмету, и мениска с отрицательной оптической силой φ2 с вогнутой поверхностью, обращенной к предмету, вторая линзовая группа с положительной оптической силой φII выполнена из двух менисков с положительными оптическими силами φ3, φ4, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу.
В отличие от прототипа в предлагаемом светосильном объективе для инфракрасной области спектра оптические силы линз первой I и второй II групп удовлетворяют условиям:
|(φIII|<0,25;
φ34;
43)/φ4=0,1÷0,3;
0,4<|φ12|<0,9;
а расстояние (d) между I и II группами линз удовлетворяет условию:
0,25<d/f'<0,6,
где f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что полученные соотношения оптических сил линз позволили обеспечить коррекцию осевых и полевых аберраций. Это дало возможность увеличить относительное отверстие до D:F=1:0,75 при достаточно большом угловом поле 2β=25÷30° при отсутствии виньетирования, при этом среднеквадратическая волновая аберрация по всему полю RMS≤0.2λ.
При этом соотношение оптических сил первого и второго менисков позволили скомпенсировать сферическую аберрацию высших порядков, а
третьего и четвертого менисков - полевые аберрации третьего и высшего порядков.
Кроме того, полученное соотношение оптических сил I и II групп линз позволило скомпенсировать кривизну изображения, а совместно с выбранным вторым воздушным промежутком d - обеспечить задний отрезок S'F' более 0,5 f', где f' - фокусное расстояние объектива.
Другим достоинством предлагаемого объектива является то, что выходной зрачок расположен вблизи переднего фокуса, что обеспечивает близкий к телецентрическому ход главных лучей в пространстве изображений и тем самым равномерную освещенность в изображении объекта по всему полю.
Важным достоинством предлагаемого объектива является то, что выбранные оптические силы линз обеспечивают незначительное изменение качества изображения в зависимости от изменения температур в интервале -40÷+50°.
Таким образом, предлагаемый светосильный объектив для инфракрасной области спектра, состоящий из четырех линз, выполненных из одного материала - германия, работает в диапазоне спектра 8-12.5 мкм, и обеспечивает:
- относительное отверстие D:F=1:0,75;
- угловое поле зрения 2β=25÷30°;
- телецентрический ход главных лучей в пространстве изображений и отсутствие виньетирования полевых лучей;
- дифракционно-ограниченное качество изображений:
RMS в центре поля <0.08 λ
RMS на краю поля <0.20 λ
- задний отрезок S'F' более 0,5÷0,6 f'
- незначительное, не более 7%, изменение качества изображения при изменении температуры от - 40 до +50°С.
Таким образом, предлагаемый объектив при одинаковом с прототипом количестве линз обеспечивает существенно лучшие параметры объектива (относительное отверстие, угловое поле, задний фокальный отрезок) при высоком качестве изображения.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 - представлена оптическая схема объектива, и Приложением, в котором приведены конструктивные параметры и оптические характеристики конкретного образца.
Светосильный объектив для инфракрасной области спектра состоит из четырех менисковых линз 1, 2, 3 и 4, первая из которых 1 выполнена положительной и обращена выпуклостью к предмету, вторая 2 - отрицательная и обращена вогнутостью к предмету, третья 3 и четвертая 4 линзы выполнены с положительными оптическими силами и обращены выпуклостями друг к другу, кроме того, 3 линза установлена на расстоянии d от 2 линзы, при этом выполняются следующие соотношения:
III|<0,25;
φ3,<φ4; (φ43)/φ4=0,1÷0,3;
0,4<|φ12|<0,9;
0,25<d/f'<0,6,
где φ1, φ2, φ3, φ4 - оптические силы менисков 1, 2, 3 и 4,
φI - оптическая сила первой группы линз, состоящей из менисков 1 и 2;
φII - оптическая сила второй группы линз, состоящей из менисков 3 и 4.
d - расстояние между первой и второй группами линз.
Апертурная диафрагма 5, расположенная на первой поверхности первого мениска (являясь одновременно входным зрачком), находится вблизи переднего фокуса объектива - F, обеспечивая тем самым близкий к телецентрическому ход главных лучей в пространстве изображений.
Работа объектива осуществляется следующим образом.
Параллельный пучок излучения от удаленного объекта фокусируется в заднем фокусе мениска 1, отрицательный мениск 2
переносит его в пространство объекта мениска 3, и далее мениски 3 и 4 перепроектируют его в плоскость изображения, совпадающую с задним фокусом F' всего объектива.
Сведения, подтверждающие полученные технические результаты при числовых значениях, допускаемых заявленным диапазоном, приведены в нижеследующей таблице.
Заявленные соотношения 1 2 3 4
III|<0,25 0.17 0.13 0.02 0.02
φ34 φ3=0.69 φ3=0.58 φ3=0.48 φ3=0.49
φ4=0.75 φ4=0.70 φ4=0.55 φ4=0.56
43)/φ4=0,1÷0,3 0.1 0.16 0.30 0.16
0,4<|φ12|<0,9 0.51 0.59 0.86 0.90
0,25<d/f'<0,6 0.32 0.42 0.51 0.51
Параметры объектива.
f' мм 22.9 22.8 18.0 18.0
D:f' 1:0.75 1:0.75 1:0.75 1:0.75
2β град 25.2 25.2 31.0 31.0
Контраст при υ=20 мм-1 0.71 0.73 0.73 0.78
RMS (в центре поля) 0.08λ 0.07λ 0.05λ 0.03λ
В Приложениях 1÷4 приведены конструктивные параметры и характеристики качества изображения указанных примеров.
Таким образом, в предлагаемом объективе достигнуто увеличение светосилы при высоком качестве изображения по всему полю, увеличение заднего отрезка и сохранение качества изображения при значительных перепадах температур.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ИК ОБЪЕКТИВ
Фокусное расстояние, мм: F'=22.8783
Диафрагменное число: F'/D=0.7501
Диаметр входного зрачка, мм: Dp=30.5000
Положение входного зрачка, мм: Sp=0.0000
Диаметр выходного зрачка, мм: D'p=169.5969
Положение выходного зрачка, мм: S'p=127.2317
Линейная величина изображения, мм: 2у'=10.0000
Угловое поле зрения,: 2β=25.2000°
Длина системы, мм: L=51.0200
Спектральные характеристики
Длины волн, мкм Отн-ные веса
8.0000 0.1000
9.0000 0.5000
10.0000 1.0000 главная
11.0000 0.5000
12.5000 0.1000
Конструктивные параметры оптической системы
№ пов. Радиусы кривизны Расстояния по оси Световые высоты Стрелки прогиба Опт. среды
АД 51.0500 3.0000 15.2500 2.3310 Германий
2 84.7200 9.4500 14.9000 1.3205
3 -28.7100 2.5000 14.1000 3.7009 Германий
4 -57.4100 7.4000 15.6000 2.1601
5 -53.9500 4.0000 19.5000 3.6474 Германий
6 -36.9000 2.9000 20.2500 6.0528
7 32.2800 3.5000 18.9000 6.1115 Германий
8 45.8100 16.3500 18.2000 3.7705
9 плоскость 1.0000 6.0654 0.0000 Германий
10 плоскость 0.9200 5.8893 0.0000
11 плоскость -0.0258 5.0558 0.0000
Изобр. плоскость 0.0000 5.0348 0.0000
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ИК ОБЪЕКТИВ
Фокусное расстояние, мм: F'=22.8089
Диафрагменное число: F'/D=0.7491
Диаметр входного зрачка, мм: Dp=30.4500
Положение входного зрачка, мм: Sp=0.0000
Диаметр выходного зрачка, мм: D'p=257.4374
Положение выходного зрачка, мм: S'p=192.8422
Линейная величина изображения, мм: 2у'=10.0000
Угловое поле зрения,: 2β=25.2000°
Длина системы, мм: L=55.3450
Спектральные характеристики
Длины волн, мкм Отн-ные веса
8.0000 0.1000
9.0000 0.5000
10.0000 1.0000 главная
11.0000 0.5000
12.5000 0.1000
Конструктивные параметры оптической системы
№ пов. Радиусы кривизны Расстояния по оси Световые высоты Стрелки прогиба Опт. среды
АД 57.0200 5.0000 15.2250 2.0702 Германий
2 107.4000 7.0000 14.6500 1.0039
3 -33.8800 2.5000 14.0500 3.0506 Германий
4 -72.1100 9.6500 15.2000 1.6202
5 -66.2200 6.0000 19.6000 2.9671 Германий
6 -45.1900 0.9500 21.0000 5.1758
7 36.3100 6.0000 19.8500 5.9062 Германий
8 50.5800 16.3250 18.1000 3.3494
9 плоскость 1.0000 6.0504 0.0000 Германий
10 плоскость 0.9200 5.8773 0.0000
Изобр. плоскость 0.0000 5.0510 0.0000
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ИК ОБЪЕКТИВ
Фокусное расстояние, мм: F'=17.9967
Диафрагменное число: F'/D=0.7499
Диаметр входного зрачка, мм: Dp=24.000
Положение входного зрачка, мм: Sp=7.3891
Диаметр выходного зрачка, мм: D'p=51.9461
Положение выходного зрачка, мм: S'p=-38.9287
Линейная величина изображения, мм: 2у'=10.0000
Угловое поле зрения,: 2β=31.0000°
Длина системы, мм: L=43.5500
Спектральные характеристики
Длины волн, мкм Отн-ные веса
8.0000 0.1000
9.0000 0.5000
10.0000 1.0000 главная
11.0000 0.5000
12.5000 0.1000
Конструктивные параметры оптической системы
№ пов. Радиусы кривизны Расстояния по оси Световые высоты Стрелки прогиба Опт. среды
1 40.8300 3.0000 11.4283 1.6320 Германий
2 54.9500 4.5000 10.7294 1.0577
3 -22.4900 3.0000 10.1046 2.3978 Германий
АД -30.5500 9.1325 10.9745 2.0393
5 -67.6100 4.0000 13.9703 1.4591 Германий
6 -43.9500 0.5000 14.6616 2.5176
7 24.8300 4.0000 13.8505 4.2219 Германий
8 29.2400 13.5000 12.5143 2.8133
9 плоскость 1.0000 5.5438 0.0000 Германий
10 плоскость 0.9200 5.4060 0.0000
Изобр. плоскость 0.0000 4.8059 0.0000
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ИК ОБЪЕКТИВ
Фокусное расстояние, мм: F'=18.0007
Диафрагменное число: F'/D=0.7500
Диаметр входного зрачка, мм: Dp=24.0000
Положение входного зрачка, мм: Sp=23.9961
Диаметр выходного зрачка, мм: D'p=18.8881
Положение выходного зрачка, мм: S'p=-14.1698
Линейная величина изображения, мм: 2у'=10.0000
Угловое поле зрения,: 2β=31.0000°
Длина системы, мм: L=44.600
Спектральные характеристики
Длины волн, мкм Отн-ные веса
8.0000 0.1000
9.0000 0.5000
10.0000 1.0000 главная
11.0000 0.5000
12.5000 0.1000
Конструктивные параметры оптической системы
№ пов. Радиусы кривизны Расстояния по оси Световые высоты Стрелки прогиба Опт. среды
1 40.0534 4.0000 13.3046 2.2743 Германий
2 54.0298 5.0000 12.2597 1.4093
3 -24.3034 4.0000 11.9430 3.1369 Германий
4 -34.3757 9.1787 13.2625 2.6614
5 -76.5057 4.0000 12.6537 1.0537 Германий
6 -47.0303 0.5000 13.0125 1.8360
7 22.3995 3.0000 10.5452 2.6375 Германий
АД 26.5217 13.0000 9.4440 1.7384
9 плоскость 1.0000 5.2844 0.0000 Германий
10 плоскость 0.9182 5.1975 0.0000
Изобр. плоскость 0.0000 4.8583 0.0000
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. США. патент №6292293, МПК: G02В 1/00, 2001 г.
2. США. патент №6236501, МПК: G02В 1/00, 2002 г.
3. Российская Федерация, патент №2187135, МПК: G02В 13/34, 2002 г.
4. Российская Федерация, патент №2183340, МПК: G02В 13/34, 2002 г.
5. Япония, патент №7072385, МПК: G02В 13/34, 2003 г. - прототип.

Claims (1)

  1. Светосильный объектив для инфракрасной области спектра, состоящий из первой линзовой группы с отрицательной оптической силой φI, выполненной из мениска с положительной оптической силой φI с выпуклой поверхностью, обращенной к предмету, мениска с отрицательной оптической силой φ2 с вогнутой поверхностью, обращенной к предмету, и второй линзовой группы с положительной оптической силой φII, выполненной из двух менисков с положительными оптическими силами φ3, φ4, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу, отличающийся тем, что оптические силы линз первой I и второй II групп удовлетворяют условиям:
    III|<0,25;
    φ3,< φ4;
    43)/ φ4=0,1÷0,3;
    0,4<|φ12<0,9,
    а расстояние (d) между группами линз удовлетворяет условию:
    0,25<d/f'<0,6,
    где f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива.
    Figure 00000001
RU2007104078/22U 2007-02-01 2007-02-01 Светосильный объектив для инфракрасной области спектра RU66557U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104078/22U RU66557U1 (ru) 2007-02-01 2007-02-01 Светосильный объектив для инфракрасной области спектра

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104078/22U RU66557U1 (ru) 2007-02-01 2007-02-01 Светосильный объектив для инфракрасной области спектра

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU66557U1 true RU66557U1 (ru) 2007-09-10

Family

ID=38598882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007104078/22U RU66557U1 (ru) 2007-02-01 2007-02-01 Светосильный объектив для инфракрасной области спектра

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU66557U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630194C1 (ru) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Светосильный объектив

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630194C1 (ru) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Светосильный объектив

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9651763B2 (en) Co-aperture broadband infrared optical system
US10509210B2 (en) Two-color very wide field of view refractive eyepiece-type optical form
RU156006U1 (ru) Атермализованный объектив для ик области спектра
JP2012163943A (ja) 広スペクトル対応のRoss式補正がなされたカセグレン式望遠鏡
CN102033316B (zh) 长波长焦非制冷无热化红外光学系统
CN104330867A (zh) 用于电视波段的大口径小f数光学系统
CN110543001A (zh) 一种小型化大变倍比中波制冷红外连续变焦光学系统
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
CN106772959A (zh) 一种短波、长波红外双波段共焦面大相对孔径光学系统
CN207216126U (zh) 一种小体积大光圈长波双视场红外光学镜头
CN110196483A (zh) 一种大相对孔径无热化全天时星敏感器光学系统
RU170736U1 (ru) Светосильный объектив для инфракрасной области спектра
RU193226U1 (ru) Атермализованный объектив для инфракрасной области спектра
RU2645912C1 (ru) Светосильный объектив
CN114137699A (zh) 一种小型高分辨率无热化中波红外光学系统
RU66557U1 (ru) Светосильный объектив для инфракрасной области спектра
RU82875U1 (ru) Светосильный объектив для инфракрасной области спектра
CN206282023U (zh) 一种短波、长波红外双波段共焦面大相对孔径光学系统
US20160116719A1 (en) Compact multispectral wide angle refractive optical system
CN112363306B (zh) 高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头及成像方法
KR101554130B1 (ko) 고해상도 광시야각 원적외선 광학계
RU2421764C1 (ru) Объектив для видимой и ближней ик-области спектра
KR20110117028A (ko) 반사굴절식 카세그레인 대물렌즈
RU2672703C1 (ru) Двухканальная зеркально-линзовая система
RU104737U1 (ru) Светосильный объектив для инфракрасной области спектра