RU153037U1

RU153037U1 - INFRARED MIRROR LENS LENS

Info

Publication number: RU153037U1
Application number: RU2014154297/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Иванов; Сергей Дмитриевич Козлов; Наталья Геннадьевна Нигматуллина; Дина Нургазизовна Шарифуллина
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-06-27

Abstract

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив, состоящий из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу, отличающийся тем, что во втором компоненте дополнительно введены отрицательная и положительная выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом положительная, между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок вынесен в пространство между последней линзой второго компонента и плоскостью изображения объектива.An infrared mirror-lens lens, consisting of the first component located along the rays of the component containing two aspherical mirrors, of which the first has a central hole and is made concave, and the second is convex, and the second component contains a negative convex-concave lens, characterized in that in the second component, negative and positive convex-concave lenses are additionally introduced, while the optical power of the second component is generally positive, between which the first and second components are formed ezhutochnoe image, and the exit pupil passed in the space between the last lens and the plane of the second component of the lens image.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения.The utility model relates to optical instrumentation and can be used in thermal imaging devices based on cooled matrix radiation detectors.

Известен инфракрасный зеркально-линзовый объектив (см. патент РФ на изобретение №2288493 C1, МПК⁷ G02B 17/08, публ. 27.11.2006 Бюл. №33), который состоит из первой положительной менисковой линзы, второй отрицательной менисковой линзы, выполняющей функцию главного зеркала (отражающее покрытие нанесено на вторую поверхность линзы), контрзеркала, расположенного между первой и второй линзами, и положительного мениска, расположенного в сходящемся пучке лучей между контрзеркалом и плоскостью изображения объектива. Фокусное расстояние объектива f'=180,2 мм; относительное отверстие 1:2; все поверхности выполнены сферическими.Known infrared mirror lens (see RF patent for the invention No. 2288493 C1, IPC ⁷ G02B 17/08, publ. 11/27/2006 Bull. No. 33), which consists of the first positive meniscus lens, the second negative meniscus lens that performs the function the main mirror (a reflective coating is applied to the second surface of the lens), a counter-mirror located between the first and second lenses, and a positive meniscus located in a converging beam of rays between the counter-mirror and the image plane of the lens. The focal length of the lens f '= 180.2 mm; relative aperture 1: 2; all surfaces are spherical.

Также известен компактный зеркально-линзовый объектив (см. заявку US 2006/0066941 A1, МПК⁷ G02B 1/00, 17/00, публ. 30.03.2006 г., схема на фиг. 1), который содержит первую положительную линзу (корректор), вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, с нанесенным на выпуклую поверхность отражающим покрытием (первое зеркало), третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, с нанесенным на вогнутую поверхность отражающим покрытием (второе зеркало), четвертую отрицательную вогнуто-выпуклую и пятую положительную выпукло-плоскую линзы. Объектив работает в спектральном диапазоне 8…12 мкм; фокусное расстояние f'=100,2 мм; относительное отверстие 1:1,67. Вогнутая поверхность третьей линзы выполнена асферической.Also known is a compact mirror-lens lens (see application US 2006/0066941 A1, IPC ⁷ G02B 1/00, 17/00, publ. March 30, 2006, diagram in Fig. 1), which contains the first positive lens (corrector ), the second negative concave-convex lens with a reflective coating applied to the convex surface (the first mirror), the third negative concave-convex lens, with the reflective coating applied to the concave surface (the second mirror), the fourth negative concave-convex and the fifth positive convex flat lenses. The lens operates in the spectral range of 8 ... 12 microns; focal length f '= 100.2 mm; relative aperture 1: 1.67. The concave surface of the third lens is aspherical.

Недостатком указанных зеркально-линзовых объективов является то, что их конструкция не обеспечивает оптимального сопряжения с матричными приемниками излучения, имеющими внутри охлаждаемую диафрагму. Наиболее близкой к заявляемому объективу по технической сущности и и количеству совпадающих признаков является катадиоптрическая система (см. патент РФ на изобретение №2446420, МПК⁷ G02B 17/08, публ. 27.03.2012 Бюл. №9), содержащая первый компонент, состоящий из двух расположенных по ходу лучей гиперболических зеркал, и второй компонент, выполненный в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы и расположенный вблизи фокальной плоскости первого компонента. Первое зеркало имеет центральное отверстие и обращено вогнутой стороной к пространству предметов, второе - выпуклой стороной к первому. Система предназначена для работы в инфракрасном диапазоне спектра, фокусное расстояние f'=1800 мм, относительное отверстие 1:3.The disadvantage of these mirror lenses is that their design does not provide optimal pairing with matrix radiation detectors having a cooled diaphragm inside. The closest to the claimed lens according to the technical essence and the number of matching features is a catadioptric system (see RF patent for the invention No. 2446420, IPC ⁷ G02B 17/08, publ. 03/27/2012 Bull. No. 9), containing the first component, consisting of two hyperbolic mirrors located along the rays, and the second component, made in the form of a negative convex-concave lens and located near the focal plane of the first component. The first mirror has a central hole and its concave side faces the space of objects, the second with the convex side facing the first. The system is designed to operate in the infrared range of the spectrum, focal length f '= 1800 mm, relative aperture 1: 3.

Для фокусного расстояния системы f и фокусных расстояний зеркал первого компонента

,

и линзы второго компонента

выполнены соотношения:

;

. Расстояние d_1-2 между зеркалами первого компонента составляет -0,233f'; расстояние d_2-3 между вторым зеркалом первого компонента и линзой второго компонента составляет 0,217f'.For the focal length of the system f and the focal lengths of the mirrors of the first component

,

and lenses of the second component

the relations are satisfied:

;

. The distance d _1-2 between the mirrors of the first component is -0.233f '; the distance d _2-3 between the second mirror of the first component and the lens of the second component is 0.217f '.

Недостатком описанной системы является отсутствие возможности работы с охлаждаемым матричным приемником инфракрасного излучения.The disadvantage of the described system is the inability to work with a cooled matrix receiver of infrared radiation.

Для оптимального сопряжения необходимо, чтобы в объективе формировалось действительное промежуточное изображение, а выходной зрачок был вынесен в пространство между последним компонентом объектива и плоскостью изображения, что позволяет совместить его с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения. Несовпадение выходного зрачка объектива с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения приводит к виньетированию наклонных пучков лучей и возрастанию рассеянного излучения от оптических деталей и других элементов конструкции, что снижает освещенность и контраст изображения и приводит к ухудшению его качества.For optimal conjugation, it is necessary that a real intermediate image is formed in the lens, and the exit pupil is placed in the space between the last component of the lens and the image plane, which allows it to be combined with the cooled diaphragm of the radiation receiver. Mismatch of the exit pupil of the lens with the cooled diaphragm of the radiation receiver leads to vignetting of the inclined beams of rays and an increase in the scattered radiation from optical parts and other structural elements, which reduces the illumination and contrast of the image and leads to a deterioration in its quality.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества изображения за счет улучшения освещенности и контраста изображения путем оптимального сопряжения с охлаждаемым матричным приемником инфракрасного излучения.The problem the utility model aims to solve is to improve image quality by improving the illumination and image contrast by optimally interfacing with a cooled matrix infrared detector.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасном зеркально-линзовом объективе, состоящем из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего два асферических зеркала, из которых первое имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе - выпуклым, и второго компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу, во втором компоненте дополнительно введены отрицательная и положительная выпукло-вогнутые линзы, при этом оптическая сила второго компонента в целом - положительная, между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок вынесен в пространство между последней линзой второго компонента и плоскостью изображения объектива.The problem is solved due to the fact that in the infrared mirror lens, consisting of the first component located along the rays of the component containing two aspherical mirrors, of which the first has a central hole and is made concave, and the second is convex, and the second component contains a negative convex-concave lens, the negative and positive convex-concave lenses are additionally introduced in the second component, while the optical power of the second component as a whole is positive, between the first and second an intermediate image is formed by the components, and the exit pupil is placed in the space between the last lens of the second component and the image plane of the lens.

На чертеже представлена оптическая схема инфракрасного зеркально-линзового объектива.The drawing shows an optical diagram of an infrared mirror lens.

Объектив содержит расположенные по ходу лучей первый компонент I, содержащий два асферических зеркала, из которых первое 1 имеет центральное отверстие и выполнено вогнутым, а второе 2 - выпуклым, и второй компонент II, содержащий первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую положительную выпукло-вогнутую линзу 4 и третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу 5, при этом второй компонент II имеет положительную оптическую силу. Между первым I и вторым II компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок 6 вынесен в пространство между последней линзой 5 второго компонента II и плоскостью изображения объектива. Дополнительно показано входное окно 7 приемника инфракрасного излучения 8, охлаждаемая диафрагма которого совмещена с выходным зрачком 6 объектива.The lens contains the first component I located along the rays, containing two aspherical mirrors, of which the first 1 has a central hole and is concave, and the second 2 is convex, and the second component II contains the first negative convex-concave lens 3, the second positive convex a concave lens 4 and a third negative convex-concave lens 5, while the second component II has a positive optical power. An intermediate image is formed between the first I and second II components, and the exit pupil 6 is placed in the space between the last lens 5 of the second component II and the image plane of the lens. Additionally shown is the input window 7 of the infrared receiver 8, the cooled diaphragm of which is aligned with the exit pupil 6 of the lens.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого зеркально-линзового объектива.Table 1 shows the technical characteristics of the inventive mirror lens.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемого объектива.Table 2 shows the design parameters of an example of a specific implementation of the inventive lens.

В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемом объективе.Table 3 shows the ratios performed in the inventive lens.

Инфракрасный зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта отражается последовательно от первого 1 и второго 2 зеркал первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, после чего линзами 3, 4, 5 второго компонента II переносится в плоскость изображения объектива. Диаметр пучка излучения определяется диаметром выходного зрачка 6, расположенного в пространстве между последней линзой 5 второго компонента II и плоскостью изображения объектива. Выбранное положение выходного зрачка 6 позволяет совместить его с охлаждаемой диафрагмой приемника инфракрасного излучения 8.An infrared mirror lens works as follows: radiation from an infinitely distant object is reflected sequentially from the first 1 and second 2 mirrors of the first component I and is focused in the plane of the intermediate image, after which lenses 3, 4, 5 of the second component II are transferred to the image plane of the lens. The diameter of the radiation beam is determined by the diameter of the exit pupil 6 located in the space between the last lens 5 of the second component II and the image plane of the lens. The selected position of the exit pupil 6 allows you to combine it with a cooled diaphragm of the infrared receiver 8.

В заявляемом зеркально-линзовом объективе за счет выбранного конструктивного исполнения, при котором между первым I и вторым II компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок 6 совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника инфракрасного излучения 8, обеспечивается оптимальное сопряжение объектива и приемника излучения. Этим достигается минимальное виньетирование наклонных пучков лучей и снижается рассеянное излучение от оптических деталей и других элементов конструкции объектива, что повышает освещенность и контраст изображения и улучшает его качество.In the inventive mirror-lens lens due to the selected design, in which an intermediate image is formed between the first I and second II components, and the exit pupil 6 is combined with a cooled diaphragm of the infrared radiation receiver 8, optimal coupling of the lens and radiation receiver is ensured. This minimizes the vignetting of inclined beams of rays and reduces the scattered radiation from optical parts and other structural elements of the lens, which increases the illumination and contrast of the image and improves its quality.

Таким образом, выполнение инфракрасного зеркально-линзового объектива в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить качество изображения за счет оптимального сопряжения с охлаждаемым приемником инфракрасного излучения.Thus, the implementation of the infrared mirror lens in accordance with the proposed technical solution allows to improve image quality due to optimal coupling with a cooled infrared receiver.

Claims

An infrared mirror-lens lens, consisting of along the rays of the first component containing two aspherical mirrors, of which the first has a central hole and is made concave, and the second is convex, and the second component contains a negative convex-concave lens, characterized in that in the second component, negative and positive convex-concave lenses are additionally introduced, while the optical power of the second component is generally positive, between which the first and second components are formed ezhutochnoe image, and the exit pupil passed in the space between the last lens and the plane of the second component of the lens image.