Вариосистема для инфракрасной области спектра

Вариосистема состоит из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. В фокусирующем объективе второй подвижный компонент - отрицательная выпукло-вогнутая линза, третий - двояковогнутая линза, и введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы. Проекционный объектив - одиночная положительная выпукло-вогнутая линза. Выполняются соотношения: 0,25<f'I/f'max<0,33; 0,15<|f'II/f'max|<0,25; 0,02<|f'III/f'max|<0,04; 0,03<f'IV/f'max<0,05; 0,07f'max<d4<0,15f'max; 1,2<|βПО|<1,5, где f'I, f'II, f'III, f'IV - фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов; f'max - максимальное фокусное расстояние; d4 - расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива; βПО - увеличение проекционного объектива. Технический результат - уменьшение коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов при обеспечении высокой кратности изменения фокусного расстояния и упрощении конструкции. 2 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства.

Известна инфракрасная камера с вариообъективом большой кратности (см. патент US 8379091 В2, МПК7 H04N 5/33, публ. 19.02.2013 г.), предназначенная для работы в среднем инфракрасном диапазоне спектра. Вариообъектив содержит четыре компонента: первый и четвертый неподвижные, второй и третий установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Общее число линз в объективе - десять: две из них в первом компоненте, три - во втором, одна - в третьем и четыре - в четвертом компоненте. Фокусное расстояние вариообъектива изменяется от 21 (f'min) до 420 (f'max) мм, кратность изменения фокусного расстояния М = f'max/f'min=20×, относительное отверстие 1:4. Длина оптической системы L от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения составляет 358 мм; коэффициент телеукорочения TL=L/f'max=0,85, при этом первый из подвижных компонентов перемещается на 55 мм, а второй - на 40 мм. Для обеспечения компактности камеры в пространстве между линзами четвертого компонента установлены два плоских зеркала, изменяющих направление оптической оси.

Недостатком этого вариообъектива является большое число оптических элементов и то, что два из них содержатся в первом компоненте, существенно увеличивая этим его массу (определяющим является большой диаметр элементов), что ухудшает габаритно-массовые характеристики камеры в целом.

Также известна вариосистема для среднего инфракрасного диапазона (см. патент CN 102590990 А, МПК7 G02B 15/173, 15/20, 17/06, публ. 18.07.2012 г.), содержащая семь компонентов, из которых четыре неподвижные, а три установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. В системе десять линз, три из них содержат асферические поверхности, а одна - с асферо-дифракционной поверхностью. Фокусное расстояние вариосистемы изменяется от 25 до 750 мм, кратность изменения фокусного расстояния М=30×, относительное отверстие 1:4. Длина оптической системы L от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения составляет 520,9 мм; коэффициент телеукорочения TL=0,7, при этом первый из подвижных компонентов перемещается на 70,85 мм, а второй - на 33,4 мм, третий - на 16 мм. Для обеспечения компактности вариосистемы используются два плоских зеркала, изменяющих направление оптической оси.

К недостаткам этой вариосистемы можно отнести наличие трех подвижных компонентов, причем один из них имеет большую величину перемещения, а также большое число оптических элементов, в том числе с асферическими поверхностями.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой вариосистеме, принятой в качестве прототипа, является вариосистема для средней инфракрасной области спектра (см. патент US 7961382 В2, МПК7 G02B 15/14, G02B 13/14, G02B 21/00, публ. 14.06.2011 г. схема на фиг. 2а), состоящая из фокусирующего объектива с плавно изменяемым фокусным расстоянием, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. Фокусирующий объектив содержит неподвижный первый компонент, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, и подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, из которых второй выполнен в виде двояковогнутой и положительной выпукло-вогнутой линз, а третий - в виде двух положительных выпукло-вогнутых линз и отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Проекционный объектив содержит пять линз, из которых первая - отрицательная вогнуто-выпуклая, вторая - положительная выпукло-вогнутая, третья - двояковогнутая, четвертая - отрицательная выпукло-вогнутая, пятая - двояковыпуклая. Фокусное расстояние вариосистемы изменяется от 17,6 до 440 мм; кратность изменения фокусного расстояния М=25×. Для фокусных расстояний первого f'I, второго f'II, третьего f'III компонентов и максимального фокусного расстояния f'max вариосистемы выполняются следующие соотношения: f'I/f'max = 0,35 f'II/f'max = -0,06; f'III/f'max = 0,09. Система работает с относительным отверстием 1:4; общая длина оптической схемы L составляет 333,4 мм, при этом длина фокусирующего объектива от первой поверхности входной линзы до плоскости промежуточного изображения - 234,55 мм, длина проекционного объектива от плоскости промежуточного изображения до плоскости чувствительных элементов приемника излучения - 98,85 мм. Коэффициент телеукорочения вариосистемы TL = 0,75; величина перемещения первого подвижного компонента - 85,4 мм, второго - 45 мм. Фокусирующий объектив формирует промежуточное изображение, которое проекционным объективом переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения (увеличение проекционного объектива β=-1,15). В описанной системе одиннадцать линз, из них шесть в фокусирующем объективе, а пять - в проекционном. Четыре линзы фокусирующего объектива и три линзы проекционного объектива содержат асферические поверхности, причем в фокусирующем объективе первая поверхность входной линзы выполнена асферической, а вторая - асферо-дифракционной. В качестве материалов линз используются германий, кремний, селенид цинка, AMTIRI, IRG2.

Недостатком описанной вариосистемы является большое значение коэффициента телеукорочения и большая величина перемещения подвижных компонентов, а также большое общее число оптических элементов, в том числе с асферическими поверхностями.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение габаритно-массовых характеристик вариосистемы путем уменьшения коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов при обеспечении высокой кратности изменения фокусного расстояния и упрощении конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в вариосистеме для инфракрасной области спектра, состоящей из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, в фокусирующем объективе второй подвижный компонент выполнен в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы, третий подвижный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, кроме того, дополнительно введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы, а проекционный объектив выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы, при этом выполняются следующие условия:

0,25<f'I/f'max<0,33;

0,15<|f'II/f'max|<0,25;

0,02<|f'III/f'max|<0,04;

0,03<f'IV/f'max<0,05;

0,07 f'max<d4<0,15 f'max;

1,2<|βПО|<1,5,

где f'I, f'II, f'III, f'IV - фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов;

f'max - максимальное фокусное расстояние вариосистемы;

d4 - расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива;

βПО - увеличение проекционного объектива.

На фигуре 1 представлена оптическая схема вариосистемы для инфракрасной области спектра.

На фигуре 2 представлена оптическая схема вариосистемы с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при максимальном фокусном расстоянии 500 мм (а) и при минимальном фокусном расстоянии 20 мм (б).

Вариосистема состоит из фокусирующего объектива ФО, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент I, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы 1, подвижные второй компонент II, выполненный в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы 2, и третий компонент III, выполненный в виде двояковогнутой линзы 3, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижный четвертый компонент IV, выполненный в виде двух положительных выпукло-вогнутых линз 4, 5 и отрицательной выпукло-вогнутой линзы 6, проекционного объектива ПО, выполненного в виде положительной выпукло-вогнутой линзы 7 и приемника излучения 8, с охлаждаемой диафрагмой 9.

Для фокусных расстояний первого, второго, третьего, четвертого компонентов, расстояния между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива и максимального фокусного расстояния вариосистемы выполняются соотношения: 0,25<f'I/f'max<0,33; 0,15<|f'II/f'max|<0,25; 0,02<|f'III/f'max|<0,04; 0,03<f'IV/f'max<0,05; 0,07f'max<d4<0,15f'max. Увеличение проекционного объектива выбирается из условия: 1,2<|βПО|<1,5.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой вариосистемы.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения оптической схемы заявляемой вариосистемы.

1), 5) - асферо-дифракционные поверхности;

2), 3), 4) - асферические поверхности;

d1, d2, d3 - переменные воздушные промежутки.

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков d1, d2, d3 для некоторых значений фокусного расстояния вариосистемы.

В таблице 4 приведены условия, выполняемые в заявляемой вариосистеме для конкретного примера исполнения, приведенного в таблице 2.

Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние вариосистемы изменяется от 20 до 500 мм, т.е. кратность его изменения М=25×. Длина оптической системы составляет 269,3 мм, при этом длина фокусирующего объектива от первой поверхности входной линзы до плоскости промежуточного изображения - 206,25 мм, длина проекционного объектива от плоскости промежуточного изображения до плоскости чувствительных элементов приемника излучения - 63,05 мм; коэффициент телеукорочения TL=0,54, что в 1,4 раза меньше, чем в прототипе. Из приведенных в таблице 3 значений переменных воздушных промежутков следует, что перемещение второго подвижного компонента от его начального положения составляет 54,1 мм, что в 1,6 раза меньше, чем в прототипе, а перемещение третьего подвижного компонента, составляющее 34,2 мм, в 1,3 раза меньше, чем в прототипе.

Уменьшение коэффициента телеукорочения вариосистемы и величины перемещения подвижных компонентов обеспечивается выполнением для фокусных расстояний компонентов фокусирующего объектива и увеличения проекционного объектива условий, приведенных в таблице 4.

Вариосистема для инфракрасной области спектра работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-6 фокусирующего объектива ФО, при этом подвижные линзы 2 и 3 занимают положение, соответствующее фокусному расстоянию f'max=500 мм (см. фиг. 2а), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзой 7 проекционного объектива ПО переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 9 приемника излучения 8.

При одновременном перемещении линз 2 и 3 фокусирующего объектива ФО, в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния вариосистемы до f'min=20 мм (см. фиг. 2б). При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзой 7 проекционного объектива ПО переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Положение плоскости промежуточного изображения и положение плоскости чувствительных элементов приемника излучения при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.

Таким образом, выполнение вариосистемы для инфракрасной области спектра в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает высокую кратность изменения фокусного расстояния при упрощении конструкции и уменьшении коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов, что позволяет улучшить ее габаритно-массовые характеристики.

Вариосистема для инфракрасной области спектра, состоящая из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси неподвижный первый компонент, выполненный в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в фокусирующем объективе второй подвижный компонент выполнен в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы, третий подвижный компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, кроме того, дополнительно введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы, а проекционный объектив выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы, при этом выполняются следующие условия:

0,25<f'I/f'max<0,33;

0,15<|f'II/f'max|<0,25;

0,02<|f'III/f'max|<0,04;

0,03<f'IV/f'max<0,05;

0,07f'max<d4<0,15f'max;

1,2<|βПО|<1,5,

где f'I, f'II, f'III, f'IV - фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов;

f'max - максимальное фокусное расстояние вариосистемы;

d4 - расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива;

βПО - увеличение проекционного объектива.



 

Похожие патенты:

Вариообъектив содержит, по порядку от предмета, первую линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу; вторую линзовую группу, имеющую отрицательную преломляющую силу; третью линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу; и четвертую линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу.

Объектив содержит четыре группы линз. Первая и четвертая – неподвижные и имеют положительные оптические силы.

Вариообъектив содержит первую, третью и четвертую положительные линзовые группы и вторую отрицательную линзовую группу. Первая, вторая и третья линзовые группы при масштабировании изображения перемещаются вдоль оптической оси и удовлетворяются выражения: 8,00<β2T/β2W<12,00, 2,00<β3T/β3W<5,00, где β2T и β3T - поперечное увеличение второй и третьей линзовых групп в конечном состоянии телеобъектива, β2W и β3W - поперечное увеличение второй и третьей линзовых групп в конечном состоянии широкоугольного объектива.

Объектив с переменным фокусным расстоянием для охлаждаемых детекторов, содержащий подвижные и неподвижные компоненты, отличается тем, что он выполнен из пяти компонентов, расположенных последовательно по ходу луча, и включает шесть линз, при этом головной компонент - неподвижная одиночная положительная линза, второй компонент выполнен отрицательным и подвижным, третий компонент выполнен положительным и подвижным, причем второй и третий компоненты выполнены таким образом, чтобы вторая поверхность второго компонента, которая является вогнутой, и первая поверхность третьего компонента, которая является выпуклой, были обращены в разные стороны, при этом величина подвижки второго компонента не превышала 0,1 f′ max, а расстояние между третьим и четвертым компонентами не превышало (0,13÷0,16) f′ max, и при этом апертурная диафрагма расположена за пятым компонентом на расстоянии 0,55 f′ min от последней поверхности объектива.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в зеркальных фотоаппаратах с форматом кадра 24x36 мм. .

Изобретение относится к кино-фототехнике и может быть использовано для съемки широкоформатных фильмов. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить кратность изменения масштаба , уменьшить габариты и массу устрва. .

Изобретение относится к оптичес- ,кому приборостроению и позволяет улучшить качество изображения при уменьшении минимальной дистанции съемки. .

Телеобъектив содержит три компонента. Первая линза первого компонента - положительный мениск, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, за которым расположен второй компонент, установленный с возможностью ввода-вывода из оптического тракта, первая линза которого - двояковогнутая линза, а вторая – двояковыпуклая линза.

Двухспектральная оптическая система может быть применена в широкоугольных тепло-телевизионных приборах. Оптическая система содержит общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов.

Изобретение относится к оптической технологии, в частности к устройству ночного видения. Устройство ночного видения содержит первую светочувствительную микросхему, первую линзовую группу (101), первый экран дисплея, систему обработки изображений и систему управления для регулирования диапазона формирования изображений первой светочувствительной микросхемы посредством регулирования изменения оптического масштабирования первой линзовой группы и/или цифрового масштабирования системы обработки изображений.

Объектив может быть использован в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча - положительные, а третий - отрицательный.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Инфракрасная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую и третью положительные и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную и вторую положительную вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную выпукло-вогнутую линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью выпукло-вогнутую и четвертую вогнуто-выпуклую положительные линзы, и фотоприемного устройства.

Объектив может быть использован в тепловизорах с фотоприемными устройствами в виде микроболометрической матрицы, не требующей охлаждения до криогенных температур, работающей в спектральной области 8-12 мкм.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит три мениска, первый из которых - положительный, второй - отрицательный, третий - положительный.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах в условиях ограничения по массе и габаритам при эксплуатации. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его поворота на 180° и перемещения по оптической оси и третий положительный мениск с одной асферической поверхностью, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Вариосистема состоит из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. В фокусирующем объективе второй подвижный компонент - отрицательная выпукло-вогнутая линза, третий - двояковогнутая линза, и введен четвертый неподвижный компонент, содержащий две положительные и одну отрицательную выпукло-вогнутые линзы. Проекционный объектив - одиночная положительная выпукло-вогнутая линза. Выполняются соотношения: 0,25<fIfmax<0,33; 0,15<fIIfmax<0,25; 0,02<fIIIfmax<0,04; 0,03<fIVfmax<0,05; 0,07fmax<d4<0,15fmax; 1,2<βПО<1,5, где fI, fII, fIII, fIV - фокусные расстояния первого, второго, третьего и четвертого компонентов; fmax - максимальное фокусное расстояние; d4 - расстояние между последней линзой четвертого компонента и линзой проекционного объектива; βПО - увеличение проекционного объектива. Технический результат - уменьшение коэффициента телеукорочения и величины перемещения подвижных компонентов при обеспечении высокой кратности изменения фокусного расстояния и упрощении конструкции. 2 ил., 4 табл.

Наверх