RU2718145C1 - Fast infrared lens - Google Patents

Fast infrared lens Download PDF

Info

Publication number
RU2718145C1
RU2718145C1 RU2019131050A RU2019131050A RU2718145C1 RU 2718145 C1 RU2718145 C1 RU 2718145C1 RU 2019131050 A RU2019131050 A RU 2019131050A RU 2019131050 A RU2019131050 A RU 2019131050A RU 2718145 C1 RU2718145 C1 RU 2718145C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
component
components
image plane
germanium
Prior art date
Application number
RU2019131050A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Григорьев
Сергей Олегович Чистяков
Людмила Юрьевна Бажанова
Original Assignee
Акционерное общество "Вологодский оптико-механический завод"
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 "Вологодский оптико-механический завод" filed Critical Акционерное общество "Вологодский оптико-механический завод"
Priority to RU2019131050A priority Critical patent/RU2718145C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718145C1 publication Critical patent/RU2718145C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • G02B9/36—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only arranged + -- +
    • G02B9/50—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only arranged + -- + both + components being meniscus

Landscapes

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

Abstract

FIELD: optics.SUBSTANCE: fast infrared lens comprises four components, of which the first and fourth are positive meniscies whose concave surfaces face the image plane are made of germanium, second component is a negative meniscus whose concave surface faces the image plane, is made from zinc selenide, the third component is a negative plane-concave lens which faces the image plane with a flat surface. Third component is made of germanium. First surface of first component is aspherical with conical constant equal to zero, and coefficients of correcting polynomial 2.9871×10, 1.6143×10, -1.7686×10. Relative optical forces of components and air gaps satisfy ratios specified in the claim.EFFECT: high aperture ratio at high image quality.1 cl, 4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к специальным объективам, работающим в ИК-диапазоне длин волн, и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе матричных фотоприемных устройств, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely to special lenses operating in the infrared wavelength range, and can be used in thermal imagers built on the basis of matrix photodetector devices sensitive in the spectral range from 8 to 12 microns.

Известен светосильный объектив ИК-области по патенту РФ №2506616 от 17.07.2012 г., МПК G02B 9/34. Объектив, работающий в инфракрасной области спектра от 8 до 12 мкм, состоит из четырех компонентов, из которых первый - положительный мениск из германия, второй - положительный мениск из селенида цинка, третий - отрицательный мениск из селенида цинка и четвертый - положительный мениск из германия. Объектив имеет фокусное расстояние 40 мм, угловое поле зрения 12°. При высоком относительном отверстии 1:0,84 объектив имеет недостаток - небольшое значение заднего фокального отрезка

Figure 00000001
что составляет
Figure 00000002
фокусного расстояния объектива.Known fast lens IR area according to the patent of the Russian Federation No. 2506616 from 07/17/2012, IPC G02B 9/34. An infrared lens from 8 to 12 μm consists of four components, the first of which is the positive meniscus from germanium, the second is the positive meniscus from zinc selenide, the third is the negative meniscus from zinc selenide and the fourth is the positive meniscus from germanium. The lens has a focal length of 40 mm, an angular field of view of 12 °. With a high relative aperture of 1: 0.84, the lens has a drawback - a small value of the rear focal segment
Figure 00000001
what is
Figure 00000002
focal length of the lens.

Также известен светосильный объектив по патенту РФ №2630194 от 01.04.2016 г., МПК G02B 13/14. Объектив состоит из четырех компонентов, из которых первый - положительный мениск из германия, второй - отрицательный мениск из селенида цинка, третий - положительный мениск из селенида цинка и четвертый - положительный мениск из германия. Объектив имеет фокусное расстояние 130 мм, относительное отверстие 1:1, большой задний фокальный отрезок

Figure 00000003
что составляет
Figure 00000004
фокусного расстояния объектива. Недостатком этого объектива является очень маленькое поле зрения 5°20'.Also, a fast lens is known according to the patent of the Russian Federation No. 2630194 dated 04/01/2016, IPC G02B 13/14. The lens consists of four components, of which the first is the positive meniscus from germanium, the second is the negative meniscus from zinc selenide, the third is the positive meniscus from zinc selenide and the fourth is the positive meniscus from germanium. The lens has a focal length of 130 mm, a relative aperture of 1: 1, a large rear focal length
Figure 00000003
what is
Figure 00000004
focal length of the lens. The disadvantage of this lens is a very small field of view of 5 ° 20 '.

Наиболее близким прототипом к заявляемому изобретению является светосильный объектив по патенту РФ №2413261 от 11.01.2010 г., МПК G02B 9/36, 13/14. Объектив работает в дальней инфракрасной области, содержит четыре последовательно установленных компонента. Первый и четвертый компоненты - положительные мениски. Второй - отрицательный мениск. Третий компонент - плосковогнутая линза, обращенная вогнутостью к предмету, и ее оптическая сила составляет минус (0,1÷0,5) оптической силы объектива. Четвертый компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и его оптическая сила составляет (1÷2) оптической силы объектива. При этом первый и четвертый компоненты выполнены из германия, а второй и третий компоненты из селенида цинка, т.е. выполняется соотношение n1=n4, n2=n3, v1=v4, v2=v3, где n и v - показатели преломления и коэффициенты дисперсии компонентов соответственно. Объектив обеспечивает необходимое качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих в качестве фотоприемника микроболометрическую матрицу с размером пикселя 25 мкм.The closest prototype to the claimed invention is a fast lens according to the patent of the Russian Federation No. 2413261 from 01/11/2010, IPC G02B 9/36, 13/14. The lens operates in the far infrared region, contains four sequentially mounted components. The first and fourth components are positive menisci. The second is the negative meniscus. The third component is a flat-concave lens facing concavity to the object, and its optical power is minus (0.1 ÷ 0.5) of the optical power of the lens. The fourth component is installed with the possibility of movement along the optical axis, and its optical power is (1 ÷ 2) the optical power of the lens. In this case, the first and fourth components are made of germanium, and the second and third components are of zinc selenide, i.e. the relation n 1 = n 4 , n 2 = n 3 , v 1 = v 4 , v 2 = v 3 holds, where n and v are the refractive indices and the dispersion coefficients of the components, respectively. The lens provides the necessary image quality for optoelectronic devices using a microbolometric matrix with a pixel size of 25 microns as a photodetector.

Характеристики этого объектива:Characteristics of this lens:

- фокусное расстояние 149,95 мм;- focal length 149.95 mm;

- рабочий спектральный диапазон (8÷14) мкм;- working spectral range (8 ÷ 14) microns;

- линейное поле зрения 16,0 мм;- linear field of view 16.0 mm;

- относительное отверстие 1:1,1.- relative aperture 1: 1,1.

Качество изображения объективов тепловизионных приборов оценивается по диаметру кружка рассеяния, в котором сосредоточено 80% энергии, или по значению частотно-контрастной характеристики на критической пространственной частоте, которая для размера пикселя 17 мкм составляет 30 мм-1.The image quality of thermal imaging lenses is estimated by the diameter of the scattering circle, in which 80% of the energy is concentrated, or by the value of the frequency-contrast characteristic at the critical spatial frequency, which for a pixel size of 17 μm is 30 mm -1 .

Для сравнительного анализа качества изображения этот объектив приведен к фокусному расстоянию 68 мм, соответствующему заявляемому объективу. В пересчитанном объективе контраст изображения составляет 0,5 на пространственной частоте 30 мм-1 для осевой точки поля зрения, а на краю поля уменьшается до 0,15. Концентрация энергии в пятне, соответствующего размеру пикселя (0,017×0,017) мм для осевого пучка составляет 40%, а для внеосевого 13%.For a comparative analysis of image quality, this lens is brought to a focal length of 68 mm corresponding to the claimed lens. In the recalculated lens, the image contrast is 0.5 at a spatial frequency of 30 mm -1 for the axial point of the field of view, and at the field edge it decreases to 0.15. The energy concentration in the spot corresponding to the pixel size (0.017 × 0.017) mm for the axial beam is 40%, and for off-axis 13%.

Факторами, влияющими на качество изображения и чувствительность системы, является значение фокусного расстояния, относительное отверстие объектива, его светопропускание. Чем выше значение относительного отверстия объектива, тем больше энергии поступает на фоточувствительную площадку. Поэтому недостатком этого объектива является малое относительное отверстие 1:1,1.Factors affecting the image quality and sensitivity of the system are the value of the focal length, the relative aperture of the lens, its light transmission. The higher the relative lens aperture value, the more energy is supplied to the photosensitive area. Therefore, the disadvantage of this lens is a small relative aperture of 1: 1.1.

Задачей изобретения является создание светосильного объектива с увеличенным относительным отверстием при обеспечении высокого качества изображения по всему полю зрения.The objective of the invention is the creation of a fast lens with an increased relative aperture while ensuring high image quality across the entire field of view.

Технический результат - увеличение относительного отверстия при высоком качестве изображения.The technical result is an increase in the relative aperture with high image quality.

Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.

Объектив светосильный инфракрасный, как и прототип, содержит четыре компонента. Первый и четвертый - положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к плоскости изображения, выполнены из германия, второй - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображения, выполнен из селенида цинка, третий компонент - отрицательная плоско-вогнутая линза. Отрицательная плоско-вогнутая линза обращена плоской поверхностью к плоскости изображения. Четвертый компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси.The fast infrared lens, like the prototype, contains four components. The first and fourth are positive menisci facing concave surfaces to the image plane, made of germanium, the second negative meniscus facing concave surfaces to the image plane are made of zinc selenide, the third component is a negative flat-concave lens. The negative plane-concave lens faces a flat surface to the image plane. The fourth component is mounted to move along the optical axis.

В отличие от прототипа в заявляемом объективе выполнено следующее. Третий компонент - отрицательная плоско-вогнутая линза выполнена из германия, т.е. выполняются соотношения n1=n3=n4, v1=v3=v4, где n и v - показатели преломления и коэффициенты дисперсии компонентов соответственно, первая поверхность первого компонента выполнена асферической с конической постоянной k=0, коэффициенты корректирующего полинома 2,9871×10-9, 1,6143×10-12, -1,7686×10-17. При этом выполняются следующие соотношения:In contrast to the prototype in the inventive lens, the following is fulfilled. The third component is a negative flat-concave lens made of germanium, i.e. the relations n 1 = n 3 = n 4 , v 1 = v 3 = v 4 are satisfied, where n and v are the refractive indices and dispersion coefficients of the components, respectively, the first surface of the first component is aspherical with a conical constant k = 0, and the coefficients of the correction polynomial 2 , 9871 × 10 -9 , 1.6143 × 10 -12 , -1.7686 × 10 -17 . The following relationships are true:

Ф1=(0,82÷0,9) Ф,Ф 1 = (0.82 ÷ 0.9) Ф,

Ф2=-(0,116÷0,102) Ф,Ф 2 = - (0,116 ÷ 0,102) Ф,

Ф3=-(0,52÷0,46) Ф,Ф 3 = - (0.52 ÷ 0.46) Ф,

Ф4=(1,29÷1,43) Ф,Ф 4 = (1.29 ÷ 1.43) Ф,

где Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 - оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого компонентов;where f 1 , f 2 , f 3 , f 4 - the optical power, respectively, of the first, second, third and fourth components;

Ф - оптическая сила объективаF - optical power of the lens

d2=(0,01÷0,05)/Ф,d 2 = (0.01 ÷ 0.05) / F,

d4=(0,14÷0,19)/Ф,d 4 = (0.14 ÷ 0.19) / F,

где: d2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;where: d 2 is the air gap between the first and second components;

d4 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами;d 4 - air gap between the second and third components;

Ф - оптическая сила объектива.Ф - optical power of the lens.

Качество изображения должно быть таким, чтобы кружок рассеяния объектива не превышал размер пикселя 0,017 мм. Размер кружка рассеяния определяется дифракцией, которая является следствием волновой природы света, и аберрациями, которые зависят от геометрических параметров поверхностей линз объектива и материала из которого они изготовлены. Кружок рассеяния имеет центральный диск, называемый диском Эри, в нем сосредоточено 84% энергии (Р. Хадсон "Инфракрасные системы" издательство "Мир" Москва 1972 г.). Диаметр кружка определяется по формуле:Image quality should be such that the lens scattering circle does not exceed a pixel size of 0.017 mm. The size of the scattering circle is determined by diffraction, which is a consequence of the wave nature of light, and aberrations, which depend on the geometric parameters of the surfaces of the lenses of the lens and the material from which they are made. The scattering circle has a central disk, called the Erie disk, 84% of the energy is concentrated in it (R. Hudson "Infrared Systems" publishing house "Mir" Moscow 1972). The diameter of the circle is determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

где δ - диаметр дифракционного пятна Эри, выраженный в миллирадианах, λ - основная длина волны спектрального диапазона равная 10,5 мкм, D - диаметр входного зрачка в миллиметрах.where δ is the diameter of the Erie diffraction spot, expressed in milliradians, λ is the main wavelength of the spectral range equal to 10.5 μm, D is the diameter of the entrance pupil in millimeters.

Радиус дифракционного пятна Эри, выраженный в линейной мере, в миллиметрах:The radius of the diffraction spot Erie, expressed in a linear measure, in millimeters:

Figure 00000006
Figure 00000006

где ƒ'- фокусное расстояние объектива в миллиметрах, D - диаметр входного зрачка в миллиметрах.where ƒ 'is the focal length of the lens in millimeters, D is the diameter of the entrance pupil in millimeters.

Из этой формулы следует, что чем меньше величина ƒ'/D, т.е. чем выше относительное отверстие объектива D/ƒ', тем меньше кружок Эри. Так, например, при относительном отверстии объектива прототипа D/ƒ'=1/1,1 дифракционный (минимально достижимый) кружок рассеяния будет составлять 26,84 мкм на длине волны λ=10 мкм, а при D/ƒ'=1/0,75-18,3 мкм. Дифракционный кружок рассеяния определяется расчетом функции концентрации энергии и контраста изображения объектива.From this formula it follows that the smaller the value of ƒ '/ D, i.e. the higher the relative aperture of the D / ƒ 'lens, the smaller the Erie circle. So, for example, with a relative aperture of the prototype lens D / ƒ '= 1 / 1.1, the diffraction (minimum achievable) scattering circle will be 26.84 μm at a wavelength of λ = 10 μm, and with D / ƒ' = 1/0 75-18.3 microns. The scattering diffraction circle is determined by calculating the function of the energy concentration and the contrast of the image of the lens.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:

Фиг. 1 - оптическая схема объектива светосильного инфракрасного;FIG. 1 is an optical diagram of a fast infrared lens;

Фиг. 2 - модуляционная передаточная функция (МПФ) или частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) объектива светосильного инфракрасного;FIG. 2 - modulation transfer function (MPF) or frequency-contrast characteristic (FM) of a fast infrared lens;

Фиг. 3 - функция концентрации энергии (ФКЭ) объектива светосильного инфракрасного;FIG. 3 - the function of energy concentration (FFE) of the lens aperture infrared;

Фиг. 4 - астигматизм и дисторсия объектива светосильного инфракрасного;FIG. 4 - astigmatism and distortion of the lens aperture infrared;

На фиг. 1 приведена оптическая схема объектива с реальным ходом лучей для осевой и внеосевых точек поля зрения.In FIG. Figure 1 shows an optical diagram of a lens with real ray paths for axial and off-axis points of view.

Объектив светосильный инфракрасный (фиг. 1) содержит, установленные по ходу луча в корпусе (на рисунке не показан), четыре компонента: 1, 2, 3, 4. Компонент 1 - положительный мениск, выполненный из германия, его первая по ходу луча поверхность асферическая. Компонент 2 - отрицательный мениск, выполненный из селенида цинка. Компонент 3 - отрицательная плоско-вогнутая линза из германия. Компонент 4 - положительный мениск, выполненный из германия. Мениски 1, 2, 4 обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения. Отрицательная плоско-вогнутая линза 3 обращена плоской поверхностью к плоскости изображения.The fast infrared lens (Fig. 1) contains, installed along the beam in the housing (not shown in the figure), four components: 1, 2, 3, 4. Component 1 - a positive meniscus made of germanium, its first surface along the beam aspherical. Component 2 is a negative meniscus made of zinc selenide. Component 3 is a negative plane-concave lens made of germanium. Component 4 is a positive meniscus made from Germany. Menisci 1, 2, 4 face with concave surfaces to the image plane. Negative flat-concave lens 3 faces a flat surface to the image plane.

Оптические силы компонентов 1, 2, 3, 4 удовлетворяют следующим условиям:The optical power of the components 1, 2, 3, 4 satisfy the following conditions:

Ф1=(0,82÷0,9) Ф,Ф 1 = (0.82 ÷ 0.9) Ф,

Ф2=-(0,116÷0,102) Ф,Ф 2 = - (0,116 ÷ 0,102) Ф,

Ф3=-(0,52÷0,46) Ф,Ф 3 = - (0.52 ÷ 0.46) Ф,

Ф4=(1,29÷1,43) Ф,Ф 4 = (1.29 ÷ 1.43) Ф,

где Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 - оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого компонентов;where f 1 , f 2 , f 3 , f 4 - the optical power, respectively, of the first, second, third and fourth components;

Ф - оптическая сила объектива.Ф - optical power of the lens.

d2=(0,01÷0,05)/Ф,d 2 = (0.01 ÷ 0.05) / F,

d4=(0,14÷0,19)/Ф,d 4 = (0.14 ÷ 0.19) / F,

где d2 - воздушный промежуток между первым и вторым компонентами;where d 2 is the air gap between the first and second components;

d4 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами;d 4 - air gap between the second and third components;

Ф - оптическая сила объектива.Ф - optical power of the lens.

Поз. 5 на оптической схеме фиг. 1 - защитное стекло матрицы, установленное перед светочувствительной площадкой матрицы фотоприемника 6, размещенной в плоскости изображения объектива.Pos. 5 in the optical diagram of FIG. 1 - a protective glass matrix, installed in front of the photosensitive area of the matrix of the photodetector 6, located in the image plane of the lens.

Световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета последовательно проходит через компоненты объектива 1, 2, 3, 4, стекло защитное фотоприемника 5 и строит изображение на светочувствительной плоскости матрицы фотоприемника 6.The luminous flux emanating from an infinitely distant point of the object sequentially passes through the lens components 1, 2, 3, 4, the protective glass of the photodetector 5 and builds an image on the photosensitive plane of the photodetector matrix 6.

В таблице 1 приведены оптические характеристики объектива, заявляемого в качестве изобретения.Table 1 shows the optical characteristics of the lens, claimed as an invention.

Figure 00000007
Figure 00000007

Апертурная диафрагма расположена на первой поверхности компонента 3.The aperture diaphragm is located on the first surface of component 3.

В таблице 2 приведены конструктивные характеристики объектива.Table 2 shows the design characteristics of the lens.

Figure 00000008
Figure 00000008

* - первая поверхность первого компонента выполнена асферической.* - the first surface of the first component is made aspherical.

Сечение асферической поверхности описывается уравнением:The cross section of the aspherical surface is described by the equation:

Figure 00000009
Figure 00000009

где

Figure 00000010
Where
Figure 00000010

R - радиус при вершине поверхности;R is the radius at the top of the surface;

k - коническая постоянная, k=0;k is the conical constant, k = 0;

А4, А6, А8 - коэффициенты корректирующего полинома;A 4 , A 6 , A 8 - coefficients of the corrective polynomial;

A4=2,9871×10-9, A6=1,6143×10-12, A8=-1,7686×10-17.A 4 = 2.9871 × 10 -9 , A 6 = 1.6143 × 10 -12 , A 8 = -1.7686 × 10 -17 .

Асферическая оптика все чаще является составной частью современных оптических систем, так как обеспечивает существенное уменьшение массы и габаритов оптических приборов, улучшение качества изображения, светосилы и угла поля зрения.Aspherical optics is increasingly an integral part of modern optical systems, as it provides a significant reduction in the mass and dimensions of optical devices, improving image quality, aperture ratio and field of view angle.

Компонент 4 установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси для юстировки объектива при неподвижной микроболометрической матрице в процессе сборки тепловизионного прибора и для фокусировки объектива на конечное расстояние.Component 4 is installed with the possibility of movement along the optical axis to align the lens with a fixed microbolometric matrix during the assembly of the thermal imaging device and to focus the lens to a finite distance.

В заявляемом объективе величина заднего фокального отрезка составляет

Figure 00000011
фокусного расстояния объектива (у прототипа
Figure 00000012
). Увеличение этого размера предоставляет конструктору большую свободу в выборе вариантов крепления матрицы и возможность фокусировки приемным устройством.In the inventive lens, the magnitude of the rear focal segment is
Figure 00000011
the focal length of the lens (the prototype
Figure 00000012
) Increasing this size provides the designer with greater freedom in choosing the mounting options for the matrix and the ability to focus with the receiving device.

Качество изображения разработанного объектива светосильного инфракрасного оценивается с помощью параметров кружка рассеяния и модуляционной передаточной функции. Параметры модуляционной передаточной функции объектива в сравнении с дифракционно-ограниченной системой приведены в таблице 3, а также показаны на фиг. 2.The image quality of the developed high-aperture infrared lens is estimated using the parameters of the scattering circle and the modulation transfer function. The parameters of the modulation transfer function of the lens in comparison with a diffraction-limited system are shown in Table 3, and also shown in FIG. 2.

Figure 00000013
Figure 00000013

На графике функции концентрации энергии (ФКЭ), представленного на фиг.3 показано, что концентрация энергии в пятне, соответствующего размеру пикселя (0,017×0,017) мм при дифракционном пределе 84% составляет 76% для осевого пучка и для внеосевых пучков 74% (2ω°=6,609°), 55% (2ω°=9,336°), 30% (2ω°=11,42°) соответственно. Дисторсия составляет 0,27%. Приведенные данные показывают хорошее качество изображения заявляемого светосильного инфракрасного объектива.The graph of the energy concentration function (FFE) shown in Fig. 3 shows that the energy concentration in the spot corresponding to the pixel size (0.017 × 0.017) mm at the diffraction limit of 84% is 76% for the axial beam and for off-axis beams 74% (2ω ° = 6.609 °), 55% (2ω ° = 9.336 °), 30% (2ω ° = 11.42 °), respectively. Distortion is 0.27%. The data show good image quality of the inventive aperture infrared lens.

Освещенность в плоскости изображения объектива пропорциональна квадрату относительного отверстия объектива. По сравнению с прототипом освещенность в плоскости изображения заявляемого объектива увеличилась в (1/0,75)2/(1/1,1)=2,15 раз за счет увеличения относительного отверстия объектива.Illumination in the image plane of the lens is proportional to the square of the relative aperture of the lens. Compared with the prototype, the illumination in the image plane of the inventive lens increased by (1 / 0.75) 2 / (1 / 1.1) = 2.15 times due to an increase in the relative aperture of the lens.

Представленная оптическая схема заявляемого объектива светосильного инфракрасного с указанными условиями на фокусные расстояния компонентов, воздушные промежутки, и введенной асферической поверхностью позволяет одновременно увеличить относительное отверстие и повысить качество изображения.The presented optical scheme of the inventive aperture infrared lens with the specified conditions for the focal lengths of the components, air gaps, and the entered aspherical surface allows you to simultaneously increase the relative aperture and improve image quality.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан объектив светосильный инфракрасный с большим относительным отверстием 1:0,75, который в отличие от прототипа, работающего с приемником, имеющим размер пикселя 0,025×0,025 мм, пригоден для работы с болометрической матрицей с размером пикселя 0,017×0,017 мкм при дифракционном качестве изображения по всему полю зрения, а его изготовление на оптико-механическом предприятии доказывает его промышленную применимость, что в совокупности устанавливает соответствие объектива светосильного инфракрасного условиям патентоспособности изобретения.Thus, as a result of the proposed solution, a technical result is obtained: an infrared fast lens with a large relative aperture of 1: 0.75 is created, which, unlike the prototype working with a receiver having a pixel size of 0.025 × 0.025 mm, is suitable for working with a bolometric matrix with a pixel size of 0.017 × 0.017 μm with diffractive image quality over the entire field of view, and its manufacture at the optical-mechanical plant proves its industrial applicability, which together sets the compliance of the lens aperture infrared conditions of patentability of the invention.

Claims (10)

Объектив светосильный инфракрасный, содержащий четыре компонента, из которых первый и четвертый - положительные мениски, обращенные вогнутыми поверхностями к плоскости изображения, выполнены из германия, второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображения, выполнен из селенида цинка, третий компонент - отрицательная плоско-вогнутая линза, обращенная плоской поверхностью к плоскости изображения, отличающийся тем, что третий компонент выполнен из германия, т.е. выполняются соотношения n1=n3=n4, v1=v3=v4, где n и v - показатели преломления и коэффициенты дисперсии компонентов соответственно, также первая поверхность первого компонента выполнена асферической с конической постоянной, равной нулю, и коэффициентами корректирующего полинома 2,9871×10-9, 1,6143×10-12, -1,7686×10-17, при этом относительные оптические силы компонентов и воздушные промежутки удовлетворяют следующим условиям:The lens is a fast infrared lens containing four components, of which the first and fourth are positive menisci facing concave surfaces to the image plane made of germanium, the second component is the negative meniscus facing the concave surface of the image plane made of zinc selenide, and the third component is negative a flat-concave lens facing a flat surface to the image plane, characterized in that the third component is made of germanium, i.e. the relations n 1 = n 3 = n 4 , v 1 = v 3 = v 4 are satisfied, where n and v are the refractive indices and dispersion coefficients of the components, respectively, also the first surface of the first component is aspherical with a conical constant equal to zero and the correction coefficients polynomial 2.9871 × 10 -9 , 1.6143 × 10 -12 , -1.7686 × 10 -17 , while the relative optical power of the components and the air gaps satisfy the following conditions: Ф1=(0,824÷0,9) Ф,Ф 1 = (0.824 ÷ 0.9) Ф, Ф2=-(0,116÷0,102) Ф,Ф 2 = - (0,116 ÷ 0,102) Ф, Ф3=-(0,52÷0,46) Ф,Ф 3 = - (0.52 ÷ 0.46) Ф, Ф4=(1,29÷1,43) Ф,Ф 4 = (1.29 ÷ 1.43) Ф, d2=(0,01÷0,05) Ф,d 2 = (0.01 ÷ 0.05) F, d4=(0,14÷0,19) Ф,d 4 = (0.14 ÷ 0.19) F, где Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 - оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого компонентов;where f 1 , f 2 , f 3 , f 4 - the optical power, respectively, of the first, second, third and fourth components; Ф - оптическая сила объектива;F is the optical power of the lens; d2, d4 - воздушные промежутки между первым и вторым, вторым и третьим компонентами соответственно.d 2 , d 4 - air gaps between the first and second, second and third components, respectively.
RU2019131050A 2019-09-30 2019-09-30 Fast infrared lens RU2718145C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131050A RU2718145C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Fast infrared lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131050A RU2718145C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Fast infrared lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718145C1 true RU2718145C1 (en) 2020-03-30

Family

ID=70156576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019131050A RU2718145C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Fast infrared lens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718145C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484925A (en) * 2021-07-19 2021-10-08 思文量子技术(浙江)有限公司 Near-infrared quantum light field imaging detector
RU2806167C1 (en) * 2023-04-19 2023-10-26 Акционерное общество "Вологодский оптико-механический завод" High-aperture infrared lens

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6295169B1 (en) * 1998-03-09 2001-09-25 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Image readout lens and image readout apparatus using the same
CN101320124A (en) * 2008-07-04 2008-12-10 瑞声光电科技(常州)有限公司 Camera-lens system
RU2386155C1 (en) * 2008-11-28 2010-04-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Large-aperture lens
RU2413261C1 (en) * 2010-01-11 2011-02-27 Александр Владимирович Медведев Large-aperture lens
RU2630194C1 (en) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Large-aperture lens

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6295169B1 (en) * 1998-03-09 2001-09-25 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Image readout lens and image readout apparatus using the same
CN101320124A (en) * 2008-07-04 2008-12-10 瑞声光电科技(常州)有限公司 Camera-lens system
RU2386155C1 (en) * 2008-11-28 2010-04-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Large-aperture lens
RU2413261C1 (en) * 2010-01-11 2011-02-27 Александр Владимирович Медведев Large-aperture lens
RU2630194C1 (en) * 2016-04-01 2017-09-05 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Large-aperture lens

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484925A (en) * 2021-07-19 2021-10-08 思文量子技术(浙江)有限公司 Near-infrared quantum light field imaging detector
RU2806167C1 (en) * 2023-04-19 2023-10-26 Акционерное общество "Вологодский оптико-механический завод" High-aperture infrared lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8817392B2 (en) Wide field athermalized orthoscopic lens system
KR101214601B1 (en) Athermalized infrared lens module
SE450977B (en) OPTICAL ELEMENT FOR LOCATION BETWEEN A RADIATION CELL AND ANY DETECTED DETECTOR
RU2718145C1 (en) Fast infrared lens
RU2365952C1 (en) Infrared objective
RU2578661C1 (en) Infrared lens with smoothly varying focal distance
WO2021153542A1 (en) Light detection device
JP2015055719A (en) Reflection telescope
CN116299982B (en) Long-focus receiving optical system of low-temperature drift laser radar
US3002092A (en) Optical system for infrared target tracking apparatus
RU2678957C1 (en) Wide-angle high-power infrared lens
RU2630194C1 (en) Large-aperture lens
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
US20160116719A1 (en) Compact multispectral wide angle refractive optical system
RU2629888C1 (en) High-aperture lens for infrared spectrum region
KR101235579B1 (en) Infrared microscope lens module
RU2722623C1 (en) Optical system of a thermal imager with two fields of vision
RU2621366C1 (en) Compact lens of mid-infrared range
RU2594955C1 (en) Telescopic lens for infrared spectrum
RU2672703C1 (en) Two-channel mirror-lens system
RU2646405C1 (en) Infrared mirror-lens system
RU2806167C1 (en) High-aperture infrared lens
CN113899450B (en) Medium wave infrared spectrometer capable of eliminating heat difference
RU2620202C1 (en) Lens for infrared spectral area
RU2629887C1 (en) High-speed three-lens objective for ir spectrum