RU2183340C1

RU2183340C1 - Wide-aperture lens

Info

Publication number: RU2183340C1
Application number: RU2000126116/28A
Authority: RU
Inventors: С.И. Щеглов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: optical engineering. SUBSTANCE: device has four lenses of which the first one is positive. It has three individual lenses the first of which is meniscus turned towards the image with its con. The second one is planoconvex and turned towards the image with its plane side. The third lens is planoconcave and turned towards the object with its plane side. The fourth one is positive meniscus turned towards the object with its convex side. High quality of image is achieved when relative opening is equal to 1:1.65 with 18 deg vision field when operating in 8 to 12.5 mcm spectral bandwidth. EFFECT: high resolution of images in wide spectral range. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к специальным объективам, работающим в среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизионных приборах. The present invention relates to optical instrumentation, namely to special lenses operating in the middle and far infrared wavelengths, and can be used in thermal imaging devices.

Известен светосильный объектив, работающий в диапазоне от 8 до 13 мкм, содержащий последовательно установленные 3 линзы:
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к предмету,
- положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, у которого первая и третья линзы выполнены из германия с показателем преломления не менее 4 (патент США N 3363962, НКИ 350-2, публ. 1968 г.). Этот объектив близок по конструкции к заявляемому, однако имеет недостаточное поле зрения 2w=6 град.Known fast lens operating in the range from 8 to 13 μm, containing 3 sequentially mounted lenses:
- positive meniscus facing concavity to the image,
- negative meniscus facing concavity to the subject,
- a positive meniscus convex to an object in which the first and third lenses are made of germanium with a refractive index of at least 4 (US patent N 3363962, NKI 350-2, publ. 1968). This lens is close in design to the claimed one, however, it has an insufficient field of view 2w = 6 deg.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является светосильный объектив (авт. свид. СССР N 1714562, публ. 1992 г.), работающий в диапазоне от 8 до 14 мкм, содержащий четыре компонента:
- положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению,
- отрицательную двояковогнутую линзу,
- 2 одиночных положительных мениска, обращенных вогнутостью к предмету.The closest analogue to the claimed technical solution is a fast lens (ed. Certificate. USSR N 1714562, publ. 1992), operating in the range from 8 to 14 microns, containing four components:
- positive meniscus facing concavity to the image,
- negative biconcave lens,
- 2 single positive menisci facing concavity to the subject.

Все линзы выполнены из оптического материала с показателем преломления не менее 4. Рассчитанный вариант объектива с фокусным расстоянием 100 мм имеет поле зрения 2w=10 град. 18 мин и следующие аберрации для f'=11 мкм:
поперечная сферическая аберрация для точки на оси 0,064 мм,
поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2w=10 град. 18 мин 0,491 мм,
меридиональный астигматический отрезок 0,374 мм,
сагиттальный астигматический отрезок 0,154 мм.All lenses are made of optical material with a refractive index of at least 4. The calculated version of the lens with a focal length of 100 mm has a field of view of 2w = 10 deg. 18 min and the following aberrations for f '= 11 μm:
transverse spherical aberration for a point on the axis 0,064 mm,
transverse aberration of a wide inclined beam in the meridional section for the field of view 2w = 10 deg. 18 min 0.491 mm
meridional astigmatic segment 0.374 mm,
sagittal astigmatic segment 0.154 mm.

Задачей заявляемого изобретения является создание светосильного объектива с высоким качеством изображения при относительном отверстии 1:1,65, поле зрения 2w=18 град, и работе в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм. The objective of the invention is the creation of a fast lens with high image quality with a relative aperture of 1: 1.65, field of view 2w = 18 degrees, and work in the spectral range from 8 to 12.5 microns.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается созданием светосильного объектива, содержащего четыре линзы, первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательная линза, третья линза положительная, а четвертая - положительный мениск, в котором, в отличие от известного, вторая линза выполнена в виде плосковогнутой линзы, обращенной плоскостью к изображению, третья линза - плосковыпуклая, обращенная плоскостью к предмету, а четвертая линза обращена выпуклостью к предмету. The technical result due to this task is achieved by creating a high-aperture lens containing four lenses, the first of which is a positive meniscus facing the concavity of the image, the second is a negative lens, the third lens is positive, and the fourth is a positive meniscus, in which, unlike the known , the second lens is made in the form of a plano-concave lens, facing the image to the plane, the third lens is convex, facing the subject, and the fourth lens is convex to the subject .

На чертеже представлена оптическая схема предложенного объектива. The drawing shows an optical diagram of the proposed lens.

Объектив состоит из последовательно установленных четырех одиночных линз: положительного мениска 1, обращенного вогнутостью к изображению, отрицательной плосковогнутой линзы 2, обращенной плоскостью к изображению, положительной плосковыпуклой линзы 3, обращенной плоскостью к предмету, и положительного мениска 4, обращенного выпуклостью к предмету. Все линзы объектива выполнены из одного материала с показателем преломления не менее 4, например германия, для работы в спектральном диапазоне от 8 до 14 мкм. Апертурная диафрагма совпадает с первой поверхностью линзы 3. The lens consists of four sequentially mounted single lenses: a positive meniscus 1 facing concavity to the image, a negative plano-concave lens 2 facing the image, a positive convex lens 3 facing the subject, and a positive meniscus 4 facing the subject. All objective lenses are made of the same material with a refractive index of at least 4, for example germanium, for operation in the spectral range from 8 to 14 microns. The aperture diaphragm coincides with the first surface of the lens 3.

Объектив работает следующим образом. Световой поток от предмета, расположенного в бесконечности, попадает в объектив, где проходит через линзы 1, 2, 3, 4 и образует изображение предмета в плоскости наилучшей установки, в которой установлен приемник оптического излучения (не показан). The lens works as follows. The luminous flux from an object located at infinity enters the lens, where it passes through lenses 1, 2, 3, 4 and forms an image of the object in the plane of the best setup in which the optical radiation receiver (not shown) is installed.

В соответствии с предложенным решением рассчитан светосильный объектив для дальнего ИК-диапазона от 8 до 12,5 мкм. Объектив имеет конструктивные параметры, приведенные в таблице. In accordance with the proposed solution, an aperture lens is designed for the far infrared range from 8 to 12.5 microns. The lens has design parameters shown in the table.

Характеристики рассчитанного объектива:
фокусное расстояние объектива 51,14 мм
относительное отверстие 1:1,65
угол поля зрения 18 град.Characteristics of the calculated lens:
focal length of the lens 51.14 mm
relative aperture 1: 1.65
field of view angle of 18 degrees.

задний фокальный отрезок 45,23 мм
Объектив имеет следующие аберрации для x=10 мкм:
поперечная сферическая аберрация для точки на оси не более 0,023 мм,
поперечная аберрация широкого наклонного пучка в меридиональном сечении для поля зрения 2w=18 град. не более 0,081 мм,
-"- в сагиттальном сечении не более 0,018 мм,
меридиональный астигматический отрезок x'm не более 0,089 мм,
сагиттальный астигматический отрезок x's не более 0,075 мм,
дисторсия не более 5%
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан светосильный объектив с относительным отверстием 1: 1,65, полем зрения 18 град. с повышенным качеством изображения по сравнению с ближайшим аналогом для работы в спектральном диапазоне от 8 до 12,5 мкм.45.23 mm back focal length
The lens has the following aberrations for x = 10 μm:
transverse spherical aberration for a point on the axis of not more than 0.023 mm,
transverse aberration of a wide inclined beam in the meridional section for the field of view 2w = 18 deg. no more than 0,081 mm,
- "- in a sagittal section of not more than 0.018 mm,
meridional astigmatic segment x'm no more than 0,089 mm,
sagittal astigmatic segment x's not more than 0.075 mm,
distortion no more than 5%
Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained: a fast lens with a relative aperture of 1: 1.65, field of view of 18 degrees is created. with improved image quality compared to the closest analogue for operation in the spectral range from 8 to 12.5 microns.

Claims

A fast lens containing four lenses, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the image, the second is a negative lens, the third lens is positive, the fourth is a positive meniscus, characterized in that the second lens is made in the form of a flat-concave lens facing the image , the third lens is made in the form of a plano-convex lens, the plane facing the object, and the fourth lens convex to the object.