[go: up one dir, main page]

RU2754310C1 - Infrared system with three fields of view - Google Patents

Infrared system with three fields of view Download PDF

Info

Publication number
RU2754310C1
RU2754310C1 RU2020135465A RU2020135465A RU2754310C1 RU 2754310 C1 RU2754310 C1 RU 2754310C1 RU 2020135465 A RU2020135465 A RU 2020135465A RU 2020135465 A RU2020135465 A RU 2020135465A RU 2754310 C1 RU2754310 C1 RU 2754310C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
convex
positive
component
concave
Prior art date
Application number
RU2020135465A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вилен Арнольдович Балоев
Владимир Петрович Иванов
Михаил Николаевич Батавин
Антон Николаевич Елагин
Дмитрий Евгеньевич Савин
Сергей Николаевич Шушарин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
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 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority to RU2020135465A priority Critical patent/RU2754310C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2754310C1 publication Critical patent/RU2754310C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1431Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive
    • G02B15/143105Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive arranged +-+

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optical instrumentation.SUBSTANCE: invention relates to the field of optical instrumentation and relates to an infrared system with three fields of view. The system contains a focusing lens, a projection lens and a photodetector with a cooled diaphragm. The focusing lens consists of a first component sequentially located along the optical axis, containing a positive and negative convex-concave lens, a second component containing a biconcave lens, and a third component containing a positive convex-concave lens. The projection lens consists of a first and second positive concave-convex lens and a third positive convex-concave lens. The second and third components are installed with the ability to move the lenses along the optical axis independently of each other. All lenses are aspherical.EFFECT: invention decreases the tele-shortening coefficient and the amount of movement of the second movable component.1 cl, 2 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.The invention relates to infrared optical systems and can be used in thermal imagers built on the basis of cooled matrix detectors of thermal radiation.

Известно изобретение по патенту RU 2400784 C1, МПК7 G02B 13/14, публ. 27.09.2010 г. Сущностью известного технического решения является инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой, размещенной между последним компонентом объектива и плоскостью изображения, содержащий расположенные по ходу лучей оптически связанные первый и последний положительные компоненты и расположенный между ними подвижный компонент, включающий отрицательную и положительную линзы, имеющий два фиксированных положения на оптической оси для смены полей зрения; при этом первый компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных вогнутой стороной к плоскости изображений, последний компонент включает два положительных мениска, обращенных выпуклыми сторонами друг к другу, и отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к плоскости изображений, причем, в первом компоненте первый мениск является положительным, второй - отрицательным, после первого положительного компонента введен подвижный отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к плоскости изображений, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, при этом расстояния между вершинами преломляющих поверхностей подвижного отрицательного мениска и подвижного компонента являются различными в каждом из двух фиксированных положений; подвижный компонент выполнен положительным, в него введен отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к плоскости изображений, расположенный вплотную перед отрицательной линзой этого компонента, в последний компонент введен отрицательный мениск, расположенный вплотную перед положительными менисками этого компонента, все преломляющие поверхности инфракрасного объектива выполнены сферическими.Known invention under the patent RU 2400784 C1, IPC 7 G02B 13/14, publ. 09/27/2010 The essence of the known technical solution is an infrared lens with two fields of view and a remote aperture diaphragm, located between the last component of the lens and the image plane, containing optically coupled first and last positive components located along the path of the rays and a movable component located between them, including negative and positive lenses, which have two fixed positions on the optical axis for changing fields of view; the first component is made in the form of two meniscus facing the concave side of the image plane, the last component includes two positive meniscus facing the convex sides to each other, and a negative meniscus facing the concave side to the image plane, and in the first component the first meniscus is positive, the second - negative, after the first positive component, a movable negative meniscus is introduced, facing the convex side to the image plane, having two fixed positions on the optical axis, while the distances between the vertices of the refracting surfaces of the movable negative meniscus and the movable component are different in each of the two fixed provisions; the movable component is made positive, a negative meniscus is inserted into it, facing the convex side to the image plane, located close to the negative lens of this component, a negative meniscus is inserted into the last component, located close to the positive meniscus of this component, all refractive surfaces of the infrared lens are spherical.

Объектив работает в спектральном диапазоне 7,7-10,3 мкм и обладает следующими характеристиками: относительное отверстие 1:2, максимальное фокусное расстояние ƒ'max=210 мм, минимальное фокусное расстояние ƒ'min=70 мм, длина объектива L=290 мм.The lens operates in the spectral range of 7.7-10.3 μm and has the following characteristics: relative aperture 1: 2, maximum focal length ƒ ' max = 210 mm, minimum focal length ƒ' min = 70 mm, lens length L = 290 mm ...

Недостатками указанного инфракрасного объектива являются малая кратность изменения фокусного расстояния М=ƒ'max/ƒ'min=3х и высокий коэффициент телеукорочения TL=L/ƒ'max=1,38.The disadvantages of this infrared lens are the small multiplicity of changes in the focal length M = ƒ ' max / ƒ' min = 3 x and a high tele-shortening ratio T L = L / ƒ ' max = 1.38.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и назначению является инфракрасная оптическая система с тремя полями зрения, описанная в патенте CN 103064184 А, МПК7 G02B 27/00, 7/04, публ. 12.12.2012 г., которая включает в себя фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, второго подвижного компонента, в состав которого входят двояковогнутая и отрицательная выпукло-вогнутая линзы, третьего подвижного компонента, состоящего из двояковыпуклой линзы, четвертого компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, систему ломающих зеркал, проекционный объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой и второй выпукло-вогнутых положительных линз и третьей выпукло-вогнутой отрицательной линзы, и фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой.The closest to the claimed technical solution in terms of the combination of essential features and purpose is an infrared optical system with three fields of view, described in patent CN 103064184 A, IPC 7 G02B 27/00, 7/04, publ. 12.12.2012, which includes a focusing lens, consisting of a first component sequentially located along the optical axis, containing a positive convex-concave lens, a second movable component, which includes a biconcave and a negative convex-concave lens, a third movable component, consisting of a biconvex lens, a fourth component containing a negative concave-convex lens, a system of breaking mirrors, a projection lens consisting of sequentially arranged along the optical axis of the first and second convex-concave positive lenses and the third convex-concave negative lens, and a photodetector with a cooled diaphragm.

Система работает в спектральном диапазоне 8-12 мкм и имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:2, 1:3, 1:4; ƒ'max изменяется от 250 до 480 мм, ƒ'cp - от 100 до 200 мм, ƒ'min - от 10 до 30 мм. Компактность системы обеспечивается за счет применения двух ломающих зеркал.The system operates in the spectral range of 8-12 microns and has the following characteristics: relative aperture 1: 2, 1: 3, 1: 4; ƒ ' max varies from 250 to 480 mm, ƒ' cp - from 100 to 200 mm, ƒ ' min - from 10 to 30 mm. The compactness of the system is ensured by the use of two breaking mirrors.

В описании приведен вариант исполнения системы с относительным отверстием 1:2, для ƒ'max=250 мм, ƒ'cp=100 мм, ƒ'min=30 мм. Длина системы от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения L=310 мм.The description shows the version of the system with a relative opening of 1: 2, for ƒ ' max = 250 mm, ƒ' cp = 100 mm, ƒ ' min = 30 mm. The length of the system from the first surface of the entrance lens to the image plane is L = 310 mm.

Недостатками данного технического решения являются большая длина оптической системы, вследствие чего система имеет высокий коэффициент телеукорочения TL=1,24, и большая величина перемещения второй подвижной линзы, равная 42,4 мм.The disadvantages of this technical solution are the large length of the optical system, as a result of which the system has a high tele-shortening coefficient T L = 1.24, and a large amount of movement of the second movable lens, equal to 42.4 mm.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание инфракрасной системы с тремя полями зрения с уменьшенными коэффициентом телеукорочения и величиной перемещения второго подвижного компонента.The problem to be solved by the invention is to create an infrared system with three fields of view with a reduced tele-shortening ratio and the amount of movement of the second movable component.

Поставленная задача решается тем, что в инфракрасной системе с тремя полями зрения, содержащей фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу, и третьего компонента, содержащего положительную линзу, проекционный объектив, состоящий из первой и второй положительных линз и третьей выпукло-вогнутой асферической линзы, а также фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой, в фокусирующем объективе в первом компоненте первая линза выполнена асферической и дополнительно введена асферическая отрицательная выпукло-вогнутая линза, линза третьего компонента выполнена выпукло-вогнутой, асферической, в проекционном объективе первая и вторая линзы выполнены асферическими вогнуто-выпуклыми, третья линза выполнена положительной.The problem is solved by the fact that in an infrared system with three fields of view, containing a focusing lens, consisting of a first component sequentially located along the optical axis, containing a positive convex-concave lens, mounted with the ability to move along the optical axis of the second component containing a biconcave aspherical lens, and a third component containing a positive lens, a projection lens consisting of first and second positive lenses and a third convex-concave aspherical lens, as well as a photodetector with a cooled diaphragm, in the focusing lens in the first component, the first lens is made aspherical and an aspherical negative convexity is additionally introduced - concave lens, the lens of the third component is made convex-concave, aspherical, in the projection lens the first and second lenses are made aspherical concave-convex, the third lens is made positive.

На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной системы с тремя полями зрения;Figure 1 shows an optical diagram of an infrared system with three fields of view;

На фигуре 2 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в узком поле зрения;Figure 2 shows an optical diagram showing the path of the rays in a narrow field of view;

На фигуре 3 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в среднем поле зрения;Figure 3 shows an optical diagram showing the path of the rays in the middle field of view;

На фигуре 4 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в широком поле зрения.Figure 4 shows an optical diagram showing the path of the rays in a wide field of view.

Инфракрасная система содержит фокусирующий объектив ФО, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего положительную 1 и отрицательную 2 выпукло-вогнутые линзы, второго компонента II, содержащего двояковогнутую асферическую линзу 3, и третьего компонента III, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу 4. Проекционный объектив ПО, состоит из первой 5 и второй 6 положительных вогнуто-выпуклых линз, и третьей 7 положительной выпукло-вогнутой линзы, а также фотоприемное устройство 8 с охлаждаемой диафрагмой 9. Второй II и третий III компоненты установлены с возможностью перемещения линз вдоль оптической оси независимо друг от друга.The infrared system contains a focusing lens FO, consisting of sequentially located along the optical axis of the first component I, containing positive 1 and negative 2 convex-concave lenses, the second component II, containing a biconcave aspherical lens 3, and the third component III, containing a positive convex-concave lens 4. The projection lens PO, consists of the first 5 and second 6 positive concave-convex lenses, and the third 7 positive convex-concave lenses, as well as a photodetector 8 with a cooled diaphragm 9. The second II and third III components are installed with the ability to move the lenses along optical axis independently of each other.

В таблице 1 приведены основные параметры заявляемой инфракрасной системы.Table 1 shows the main parameters of the inventive infrared system.

Figure 00000001
Figure 00000001

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемой инфракрасной системы.Table 2 shows the design parameters of an example of a specific implementation of the inventive infrared system.

Figure 00000002
Figure 00000002

d2, d3, d4 - переменные воздушные промежутки.d 2 , d 3 , d 4 - variable air gaps.

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков.Table 3 shows the values of variable air gaps.

Figure 00000003
Figure 00000003

В таблице 4 приведены основные соотношения, выполняемые в заявленной инфракрасной системе.Table 4 shows the main ratios performed in the claimed infrared system.

Figure 00000004
Figure 00000004

Инфракрасная система с тремя полями зрения работает следующим образом.The infrared system with three fields of view works as follows.

Излучение от бесконечно удаленного предмета падает на входную линзу (1), последовательно преломляясь линзами (2-4) фокусирующего объектива (ФО), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения. Далее излучение переносится линзами (5-7) проекционного объектива (ПО) в плоскость чувствительных элементов фотоприемного устройства (8). Выходной зрачок оптической системы совпадает с охлаждаемой диафрагмой (9) фотоприемного устройства (8). Третья (3) и четвертая (4) линзы, второго (II) и третьего (III) компонентов перемещаясь, независимо друг от друга вдоль оптической оси в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями, обеспечивают изменение фокусного расстояния и поля зрения системы. На фигурах 2-4 показан ход лучей для узкого, среднего и широкого полей зрения соответственно. Положение плоскости промежуточного изображения и плоскости чувствительных элементов приемника излучения при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.Radiation from an infinitely distant object falls on the input lens (1), sequentially refracted by the lenses (2-4) of the focusing lens (FO), and is focused in the plane of the intermediate image. Further, the radiation is transferred by the lenses (5-7) of the projection lens (PO) into the plane of the sensitive elements of the photodetector (8). The exit pupil of the optical system coincides with the cooled diaphragm (9) of the photodetector (8). The third (3) and fourth (4) lenses of the second (II) and third (III) components, moving independently of each other along the optical axis in accordance with the values given in Table 3, provide a change in the focal length and field of view of the system. Figures 2-4 show the ray paths for narrow, medium and wide fields of view, respectively. The position of the plane of the intermediate image and the plane of the sensitive elements of the radiation receiver remain unchanged when the focal length is changed.

Оптическая система с тремя полями зрения имеет величину перемещения третьего компонента, равную 10 мм, что 4,2 раза меньше чем в прототипе. Длина инфракрасной системы от первой поверхности до плоскости изображения составляет 180 мм, что в 1,72 раза меньше по сравнению с прототипом, вследствие чего коэффициент телеукорочения составляет 0,49, что в 2,55 раза меньше чем в прототипе.The optical system with three fields of view has a displacement of the third component equal to 10 mm, which is 4.2 times less than in the prototype. The length of the infrared system from the first surface to the image plane is 180 mm, which is 1.72 times less than in the prototype, as a result of which the teleshorting coefficient is 0.49, which is 2.55 times less than in the prototype.

Полученные результаты достигнуты за счет конструктивного исполнения оптических элементов и выбора для них соотношений, приведенных в таблице 4.The results obtained were achieved due to the design of the optical elements and the choice of the ratios for them, given in Table 4.

Таким образом, выполнение инфракрасной системы с тремя полями зрения в соответствии с предложенным техническим решением обеспечивает уменьшение коэффициента телеукорочения и уменьшение величины перемещения второго подвижного компонента.Thus, the implementation of the infrared system with three fields of view in accordance with the proposed technical solution provides a decrease in the tele-shortening coefficient and a decrease in the amount of movement of the second movable component.

Claims (1)

Инфракрасная система с тремя полями зрения, содержащая фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу, и третьего компонента, содержащего положительную линзу, проекционный объектив, состоящий из первой и второй положительных линз и третьей выпукло-вогнутой асферической линзы, а так же фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в фокусирующем объективе в первом компоненте первая линза выполнена асферической и дополнительно введена асферическая отрицательная выпукло-вогнутая линза, линза третьего компонента выполнена выпукло-вогнутой, асферической, в проекционном объективе первая и вторая линзы выполнены асферическими вогнуто-выпуклыми, третья линза выполнена положительной.Infrared system with three fields of view, containing a focusing lens, consisting of a first component sequentially located along the optical axis, containing a positive convex-concave lens, mounted with the possibility of movement along the optical axis of a second component containing a biconcave aspherical lens, and a third component containing a positive lens , a projection lens consisting of the first and second positive lenses and the third convex-concave aspherical lens, as well as a photodetector with a cooled diaphragm, characterized in that in the focusing lens in the first component the first lens is made aspherical and an aspherical negative convex-concave lens, the lens of the third component is made convex-concave, aspherical, in the projection lens the first and second lenses are made aspherical concave-convex, the third lens is made positive.
RU2020135465A 2020-10-27 2020-10-27 Infrared system with three fields of view RU2754310C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135465A RU2754310C1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Infrared system with three fields of view

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135465A RU2754310C1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Infrared system with three fields of view

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754310C1 true RU2754310C1 (en) 2021-09-01

Family

ID=77670206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020135465A RU2754310C1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Infrared system with three fields of view

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754310C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007264191A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nikon Corp Infrared optics
CN103064184A (en) * 2012-12-12 2013-04-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 Axial zoom three-field infrared optical system
RU152545U1 (en) * 2014-12-23 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") DEVICE FOR FORMING INFRARED IMAGE
RU2630195C1 (en) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Infrared telephoto lens with two vision fields

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007264191A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nikon Corp Infrared optics
CN103064184A (en) * 2012-12-12 2013-04-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 Axial zoom three-field infrared optical system
RU152545U1 (en) * 2014-12-23 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") DEVICE FOR FORMING INFRARED IMAGE
RU2630195C1 (en) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Infrared telephoto lens with two vision fields

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110794555B (en) Miniaturized three-component continuous zooming medium-wave refrigeration infrared optical system
US20060050398A1 (en) Flat wide-angle lens system
US4189211A (en) Wide angle telecentric projection lens assembly
JP2019185015A (en) Fixed-focus lens
TW202011071A (en) Electronic device
CN113348400A (en) Multi-channel short-distance imaging device
CN113359277A (en) Optical system and projection apparatus
CN107436482B (en) Turning telephoto prime lens and camera device
CN111580267B (en) Optical system and projection device
JP2022113092A (en) IMAGING LENS, IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
RU2754310C1 (en) Infrared system with three fields of view
KR102597162B1 (en) Optical Imaging System
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
RU2157556C1 (en) Sight with variable magnification
RU201916U1 (en) INFRARED SYSTEM WITH THREE FIELDS OF VIEW
KR100351216B1 (en) Wide angle objective system
RU208293U1 (en) INFRARED SYSTEM WITH TWO FIELDS OF VIEW
RU182711U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR
RU2624658C1 (en) Infrared system with two vision fields
RU2802801C1 (en) Lens system for shortwave infrared spectrum
RU2770429C1 (en) Infrared system with two fields of view
RU2831936C1 (en) Infrared telephoto lens with two fields of view
RU2779657C1 (en) Infrared system with two fields of vision
RU2806167C1 (en) High-aperture infrared lens
RU2663536C1 (en) Variosystem for infrared region