RU190245U1 - LIGHTFUL INFRARED SYSTEM - Google Patents
LIGHTFUL INFRARED SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- RU190245U1 RU190245U1 RU2019111311U RU2019111311U RU190245U1 RU 190245 U1 RU190245 U1 RU 190245U1 RU 2019111311 U RU2019111311 U RU 2019111311U RU 2019111311 U RU2019111311 U RU 2019111311U RU 190245 U1 RU190245 U1 RU 190245U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lenses
- lens
- concave
- focal length
- positive
- Prior art date
Links
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 abstract description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Система может быть использована в тепловизионных приборах на основе неохлаждаемых матричных фотоприемных устройств. Система состоит из первой и второй положительных выпукло-вогнутых линз, выполненных из германия, третьей отрицательной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка, четвертой положительной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка и фотоприемного устройства. Вторая линза выполнена асферической. Выполняются соотношения: 0,85<f'/f<1,15; -0,27<f'/f'<-0,13; 0,127<f'/f'<0,27; 0,43<d/f'<0,53; 0,16<d/f'<0,22; 0,09<d/f'<0,14; где f', f'и f'- фокусные расстояния первой, третьей и четвертой линз системы; f' - фокусное расстояние системы; d, d, d- расстояния между линзами. Технический результат - повышение углового разрешения за счет увеличения фокусного расстояния при уменьшении величины соотношения между длиной системы и диаметром входного зрачка. 2 ил., 5 табл.The system can be used in thermal imaging devices based on uncooled matrix photodetectors. The system consists of the first and second positive convex-concave lenses made of germanium, the third negative convex-concave lens of zinc selenide, the fourth positive convex-concave lens of zinc selenide and a photodetector. The second lens is aspheric. The following relations are fulfilled: 0.85 <f '/ f <1.15; -0.27 <f '/ f' <- 0.13; 0.127 <f '/ f' <0.27; 0.43 <d / f '<0.53; 0.16 <d / f '<0.22; 0.09 <d / f '<0.14; where f ', f'and f'- focal lengths of the first, third and fourth lenses of the system; f 'is the focal length of the system; d, d, d are the distances between the lenses. The technical result is to increase the angular resolution by increasing the focal length while reducing the value of the ratio between the length of the system and the diameter of the entrance pupil. 2 ill., 5 tab.
Description
Полезная модель относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использована при создании тепловизионных приборов на основе неохлаждаемых матричных фотоприемных устройств.The invention relates to infrared optical systems and can be used to create thermal imaging devices based on uncooled matrix photodetectors.
Известен светосильный объектив для дальнего инфракрасного диапазона спектра (см. патент RU 2187135 С2, МПК7 G02B 13/14, публ. 10.08.2002 г.) с фокусным расстоянием 148,39 мм и длиной L=160 мм, состоящий из трех германиевых линз. Объектив имеет и относительное отверстие 1:1,65 (диаметр входного зрачка D=90 мм), что является недостаточным для работы с неохлаждаемым фотоприемным устройством.Known high-aperture lens for the far infrared range of the spectrum (see patent RU 2187135 C2, IPC 7 G02B 13/14, publ. 10.08.2002) with a focal length of 148.39 mm and a length of L = 160 mm, consisting of three germanium lenses . The lens also has a relative aperture of 1: 1.65 (diameter of the entrance pupil D = 90 mm), which is insufficient for working with an uncooled photodetector.
Также известен светосильный объектив для дальнего инфракрасного диапазона спектра (см. патент RU 2411555 С1, МПК7 G02B 13/14, публ. 10.02.2011 г.), состоящий из трех линз и имеющий фокусное расстояние системы 130 мм, длину 200 мм и относительное отверстие 1:1,08 (диаметр входного зрачка 120 мм). Недостатками являются малое фокусное расстояние, не обеспечивающее необходимого углового разрешения, и наличие асферической поверхности большого диаметра на входной линзе.Also known is a high-aperture lens for the far infrared range of the spectrum (see patent RU 2411555 C1, IPC 7 G02B 13/14, publ. 10.02.2011), consisting of three lenses and having a focal length of 130 mm, a length of 200 mm and a relative hole 1: 1,08 (diameter of the entrance pupil 120 mm). The disadvantages are the small focal length, which does not provide the necessary angular resolution, and the presence of an aspherical surface of large diameter on the entrance lens.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является светосильная инфракрасная система, описанная в патенте RU 2586273 С1, МПК7 G02B 13/14 публ. 10.06.2016 г., состоящая из расположенных вдоль оптической оси одиночных линз, первая из которых положительная выпукло-вогнутая из германия, вторая - отрицательная выпукло-вогнутая из германия, третья - отрицательная выпукло-вогнутая из селенида цинка, четвертая - положительная выпукло-вогнутая из германия, и фотоприемного устройства. Система предназначена для работы в длинноволновом инфракрасном диапазоне спектра и имеет фокусное расстояние f'=130 мм, длину от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства (ФПУ) L=173,4 мм и относительное отверстие 1:1,08 (диаметр входного зрачка D=120 мм). В указанной системе выполняются следующие соотношения: f'1/f'=0,8, f'2/f'=-1,3, f'3/f'=5,5, f'4/f'=0,7, d2/f'=0,15, d4/f'=0,15, d6/f'=0,15, где f'1, f'2, f'3, f'4 - фокусные расстояния линз объектива, d2, d4, d6 - расстояния между линзами. При работе со стандартным неохлаждаемым ФПУ, имеющим формат матрицы 640×512 с шагом элементов 17 мкм, угловое разрешение системы составляет α=2*17/f'=0,26 мрад.The closest in technical essence to the inventive system, adopted for the prototype, is a high-aperture infrared system, described in the patent RU 2586273 C1, IPC 7 G02B 13/14 publ. 06/10/2016 consisting of single lenses arranged along the optical axis, the first of which is positive convex-concave from germanium, the second is negative convex-concave from germanium, the third is negative convex-concave from zinc selenide, the fourth is positive convex-concave from Germany, and photodetector. The system is designed to work in the long-wave infrared range of the spectrum and has a focal length of f '= 130 mm, a length from the first surface to the plane of the sensitive elements of a photo-receiving device (PD) L = 173.4 mm and a relative aperture of 1: 1.08 (diameter of the entrance pupil D = 120 mm). In this system, the following relations are satisfied: f ' 1 / f' = 0.8, f ' 2 / f' = - 1.3, f ' 3 / f' = 5.5, f ' 4 / f' = 0, 7, d 2 / f '= 0.15, d 4 / f' = 0.15, d 6 / f '= 0.15, where f' 1 , f ' 2 , f' 3 , f ' 4, are focal the distance of the objective lens, d 2 , d 4 , d 6 - the distance between the lenses. When working with a standard uncooled FPU, having a 640 × 512 matrix format with 17 µm pitch elements, the angular resolution of the system is α = 2 * 17 / f '= 0.26 mrad.
Системы, работающие с неохлаждаемыми фотоприемными устройствами, должны иметь относительное отверстие не менее 1:1,4, и оптимальные габаритные параметры, определяемые длиной от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов ФПУ, диаметром входной линзы и их соотношением L/D. Из перечисленных выше систем минимальной величиной этого соотношения обладает система-прототип, в которой она равна 1,45.Systems operating with uncooled photodetectors should have a relative aperture of at least 1: 1.4, and optimal overall parameters, determined by the length from the first surface to the plane of the FPU sensitive elements, the diameter of the input lens and their L / D ratio. Of the above systems, the prototype system has the minimum value of this ratio, in which it is equal to 1.45.
Для повышения углового разрешения таких систем необходимо увеличение фокусного расстояния, что приведет к увеличению длины и диаметра входного зрачка с целью обеспечения необходимого относительного отверстия. Оптимальные габаритные параметры при этом могут быть достигнуты за счет минимизации величины соотношения между длиной и диаметром входного зрачка.To increase the angular resolution of such systems, it is necessary to increase the focal length, which will increase the length and diameter of the entrance pupil in order to provide the necessary relative aperture. In this case, optimal overall parameters can be achieved by minimizing the value of the ratio between the length and the diameter of the entrance pupil.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение углового разрешения светосильной инфракрасной системы за счет увеличения ее фокусного расстояния при уменьшении величины соотношения между длиной системы и диаметром входного зрачка.The task, which the utility model is aimed at, is to increase the angular resolution of the high-aperture infrared system by increasing its focal length while reducing the ratio between the length of the system and the diameter of the entrance pupil.
Указанная цель достигается тем, что в светосильной инфракрасной системе, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первой положительной и второй выпукло-вогнутых линз, выполненных из германия, третьей отрицательной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка, четвертой положительной выпукло-вогнутой линзы и фотоприемного устройства, вторая линза выполнена положительной асферической, а четвертая линза выполнена из селенида цинка, при этом выполняются следующие соотношения:This goal is achieved by the fact that in the aperture infrared system consisting of the first positive and second convex-concave lenses made of germanium, the third negative convex-concave lens of zinc selenide, the fourth positive convexo-concave lens and photo receiving device located along the optical axis, the second lens is made positive aspherical, and the fourth lens is made of zinc selenide, while the following relationships are satisfied:
0,85≤f'1/f'≤1,15;0.85≤f ' 1 / f'≤1.15;
-0,27≤f'3/f'≤-0,13;-0.27≤f ' 3 / f'≤-0.13;
0,127≤f'4/f'≤0,27;0.127≤f ' 4 / f'≤0.27;
0,43≤d2/f'≤0,53;0.43≤d 2 / f'≤0.53;
0,16≤d4/f'≤0,22;0.16≤d 4 / f'≤0.22;
0,09≤d6/f'≤0,14;0.09≤d 6 / f'≤0.14;
где f'1, f'3 и f'4 - фокусные расстояния первой, третьей и четвертой линз системы; f' - фокусное расстояние системы; d2, d4, d6 - расстояния между линзами.where f ' 1 , f' 3 and f ' 4 are the focal lengths of the first, third and fourth lenses of the system; f 'is the focal length of the system; d 2 , d 4 , d 6 - the distance between the lenses.
На фигуре 1 представлена оптическая схема светосильной инфракрасной системы для фокусного расстояния f'=190 мм.The figure 1 presents the optical scheme of the aperture infrared system for a focal length f '= 190 mm.
На фигуре 2 представлены оптические схемы светосильной инфракрасной системы для f'=170 мм (а) и f'=210 мм (б), соответствующие предельным значениям указанных выше соотношений.The figure 2 shows the optical circuits of the aperture infrared system for f '= 170 mm (a) and f' = 210 mm (b), corresponding to the limit values of the above ratios.
Светосильная инфракрасная система состоит из расположенных вдоль оптической оси первой положительной выпукло-вогнутой 1 и второй положительной асферической выпукло-вогнутой 2 линз, выполненных из германия, третьей отрицательной выпукло-вогнутой 3 и четвертой положительной выпукло-вогнутой 4 линз, выполненных из селенида цинка, и фотоприемного устройства 5.The high-aperture infrared system consists of the first positive convexo-concave 1 and second positive aspherical convexo-concave 2 lenses made of germanium, the third negative convexo-concave 3 and fourth positive convexo-concave 4 lenses made of zinc selenium, and
Для фокусных расстояний f'1, f'3 и f'4 первой 1, третьей 3 и четвертой 4 линз соответственно, фокусного расстояния системы f и расстояний между линзами d2, d4, d6 выполняются следующие соотношения:For focal lengths f ' 1 , f' 3 and f ' 4 of the first 1, third 3 and fourth 4 lenses, respectively, the focal length of the system f and the distances between the lenses d 2 , d 4 , d 6 , the following relations are true:
0,85≤f'1/f'≤1,15; -0,27≤f'3/f'≤-0,13; 0,127≤f'4/f'≤0,27; 0,43≤d2/f'≤0,53; 0,16≤d4/f'≤0,22; 0,09≤d6/f'≤0,14.0.85≤f ' 1 / f'≤1.15; -0.27≤f ' 3 / f'≤-0.13; 0.127≤f ' 4 / f'≤0.27; 0.43≤d 2 / f'≤0.53; 0.16≤d 4 / f'≤0.22; 0.09≤d 6 / f'≤0.14.
В таблицах 1-3 приведены конструктивные параметры примеров исполнения светосильной инфракрасной системы для фокусных расстояний 190 мм, 170 мм и 210 мм соответственноTables 1-3 show the design parameters of examples of the performance of the aperture infrared system for focal lengths of 190 mm, 170 mm and 210 mm, respectively.
В таблице 4 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе, для фокусных расстояний f'1, f'3 и f'4 первой 1, третьей 3 и четвертой 4 линз соответственно, фокусного расстояния системы f' и расстояний между линзами d2, d4, d6 для трех примеров исполнения, представленных в таблицах 1-3.Table 4 shows the ratios performed in the inventive system for focal lengths f ′ 1 , f ′ 3 and f ′ 4 of the first 1, third 3 and fourth 4 lenses, respectively, the focal length of the system f ′ and the distances between the lenses d 2 , d 4 , d 6 for the three performance examples presented in Tables 1-3.
Технические характеристики примеров исполнения светосильной инфракрасной системы приведены в таблице 5.Technical characteristics of examples of execution of aperture infrared system are shown in Table 5.
Как следует из таблицы 5 фокусное расстояние системы увеличено по сравнению с прототипом в 1,3 раза для фокусного расстояния 170 мм, в 1,45 раза для фокусного расстояния 190 мм и в 1,6 раза для фокусного расстояния 210 мм, что обеспечивает угловое разрешение 0,16-0,2 мрад, в то время как в прототипе оно составляет 0,26 мрад. Увеличение фокусного расстояния системы достигается выбором фокусных расстояний линз 1-4, их взаимным расположением в соответствии с приведенными в таблице 4 значениями и выбором материалов. В приведенных примерах диаметр входного зрачка составляет 150 мм, что обеспечивает относительное отверстие от 1:1,13 до 1:1,4. При этом величина соотношения L/D уменьшена до 1,27 (в прототипе L/D=l,45).As follows from table 5, the focal length of the system is increased by 1.3 times compared to the prototype for a focal length of 170 mm, 1.45 times for a focal length of 190 mm and 1.6 times for a focal length of 210 mm, which provides an angular resolution 0.16-0.2 mrad, while in the prototype it is 0.26 mrad. Increasing the focal length of the system is achieved by choosing the focal lengths of the lenses 1-4, their mutual arrangement in accordance with the values given in Table 4 and the choice of materials. In the examples, the diameter of the entrance pupil is 150 mm, which provides a relative aperture from 1: 1.13 to 1: 1.4. The value of the ratio L / D is reduced to 1.27 (in the prototype L / D = l, 45).
Светосильная инфракрасная система работает следующим образом: поток излучения проходит через линзы 1-4 системы, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами кривизны и материалами линз и фокусируется в плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства 5.The high-aperture infrared system works as follows: the radiation flux passes through the lenses 1-4 of the system, refracting on each surface in accordance with the radii of curvature and the materials of the lenses and is focused in the plane of the sensitive elements of the
Таким образом, выполнение светосильной инфракрасной системы в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает увеличение фокусного расстояния при уменьшении величины соотношения между длиной системы и диаметром входного зрачка, что позволяет использовать ее при создании тепловизионных приборов с высоким угловым разрешением.Thus, the implementation of aperture infrared system in accordance with the proposed technical solution provides an increase in focal length while reducing the ratio between the length of the system and the diameter of the entrance pupil, which allows it to be used when creating thermal imaging devices with high angular resolution.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111311U RU190245U1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | LIGHTFUL INFRARED SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111311U RU190245U1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | LIGHTFUL INFRARED SYSTEM |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU190245U1 true RU190245U1 (en) | 2019-06-25 |
Family
ID=67002934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111311U RU190245U1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | LIGHTFUL INFRARED SYSTEM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU190245U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111624732A (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-04 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | Uncooled long-wave infrared wide-angle lens |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050117047A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-02 | Konica Minolta Opto, Inc. | Image pickup lens system |
| RU2604112C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Objective lens for infrared spectrum |
| RU2611100C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-02-21 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | High-aperture lens |
| RU2629890C1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-09-04 | Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" | Infrared lens with passive thermalization |
| RU2678957C1 (en) * | 2018-04-17 | 2019-02-04 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Wide-angle high-power infrared lens |
-
2019
- 2019-04-15 RU RU2019111311U patent/RU190245U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050117047A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-02 | Konica Minolta Opto, Inc. | Image pickup lens system |
| RU2604112C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Objective lens for infrared spectrum |
| RU2611100C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-02-21 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | High-aperture lens |
| RU2629890C1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-09-04 | Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" | Infrared lens with passive thermalization |
| RU2678957C1 (en) * | 2018-04-17 | 2019-02-04 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Wide-angle high-power infrared lens |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111624732A (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-04 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | Uncooled long-wave infrared wide-angle lens |
| CN111624732B (en) * | 2019-12-30 | 2022-03-18 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | Uncooled long-wave infrared wide-angle lens |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108107559B (en) | high-transmittance condensing system for light beams with different opening angles | |
| RU190245U1 (en) | LIGHTFUL INFRARED SYSTEM | |
| CN110989150A (en) | Large-zoom-ratio optical passive semi-athermal zoom optical system | |
| ATE333660T1 (en) | MIRROR TELESCOPE | |
| JP2012501004A5 (en) | ||
| CN112596218B (en) | Large-depth-of-field infrared wavelength scanning lens | |
| RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
| RU2714592C1 (en) | High-power infrared system | |
| JP2018091956A (en) | Catadioptric optical system | |
| JP2019144397A5 (en) | ||
| CN214795378U (en) | Long-focus high-uniformity visual detection system | |
| CN211402911U (en) | Large-zoom-ratio optical passive semi-athermal zoom optical system | |
| RU2646405C1 (en) | Infrared mirror-lens system | |
| JP2009265451A (en) | Thin-type optical lens group for taking photo | |
| RU182711U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR | |
| JPH08234097A (en) | Optical lens system | |
| RU200618U1 (en) | OPTICAL SYSTEM | |
| RU2779740C1 (en) | Infrared lens | |
| RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| RU185562U1 (en) | TWO FIELDS OF VISION INFRARED SYSTEM | |
| RU2746941C1 (en) | Optical system | |
| RU174738U1 (en) | INFRARED MIRROR AND LENS SYSTEM | |
| RU206548U1 (en) | INFRARED LENS | |
| RU207412U1 (en) | INFRARED SYSTEM WITH TWO FIELDS OF VIEW | |
| RU208293U1 (en) | INFRARED SYSTEM WITH TWO FIELDS OF VIEW |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MG9K | Termination of a utility model due to grant of a patent for identical subject |
Ref document number: 2714592 Country of ref document: RU Effective date: 20200218 |