RU2629887C1 - High-speed three-lens objective for ir spectrum - Google Patents
High-speed three-lens objective for ir spectrum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629887C1 RU2629887C1 RU2016135400A RU2016135400A RU2629887C1 RU 2629887 C1 RU2629887 C1 RU 2629887C1 RU 2016135400 A RU2016135400 A RU 2016135400A RU 2016135400 A RU2016135400 A RU 2016135400A RU 2629887 C1 RU2629887 C1 RU 2629887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- meniscus
- menisci
- image
- meniscuses
- Prior art date
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims description 6
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 37
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 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 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 11
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 5
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 4
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 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
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
-
- 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 -
- G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
- G02B9/14—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - +
- G02B9/16—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - + all the components being simple
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе матричных фотоприемников, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely to lenses for the infrared (IR) region of the spectrum, and can be used in thermal imagers built on the basis of matrix photodetectors sensitive in the spectral range from 8 to 12 microns.
Основным требованием, предъявляемым к тепловизору, является дальность его действия. На дальность действия тепловизора влияют такие факторы, как значение фокусного расстояния, его пропускание и другие факторы. Однако наиболее важным фактором, влияющим на дальность действия тепловизора, является значение относительного отверстия объектива при минимальном количестве линзовых элементов. В настоящее время эти значения лежат в пределах от 1:1,5 до 1:1. Чем выше относительное отверстие объектива, тем больше энергии поступит на фоточувствительную площадку (пиксель) заданного размера. Если кружок рассеяния объектива превышает размеры пикселя, это приводит к уменьшению освещенности пикселя, что равнозначно уменьшению относительного отверстия объектива. Таким образом, эффективность высокого относительного отверстия объектива возможна только при достижении требуемого качества изображения.The main requirement for the thermal imager is its range. The range of the thermal imager is influenced by such factors as the value of the focal length, its transmission and other factors. However, the most important factor affecting the range of the thermal imager is the value of the relative aperture of the lens with a minimum number of lens elements. Currently, these values range from 1: 1.5 to 1: 1. The higher the relative aperture of the lens, the more energy will be supplied to the photosensitive area (pixel) of a given size. If the lens diffusion circle exceeds the pixel size, this leads to a decrease in pixel illumination, which is equivalent to a decrease in the relative aperture of the lens. Thus, the efficiency of the high relative aperture of the lens is possible only when the desired image quality is achieved.
Современные микроболометрические матрицы (МБМ) имеют пиксель, равный 17×17 мкм, что сравнимо с рабочей длиной волны. Поэтому для оценки качества изображения необходимо учитывать волновые свойства света, т.е. дифракцию, описанную формулой 
На практике дифракционный кружок рассеяния реального объектива с учетом геометрических аберраций определяется при 80% концентрации энергии, что соответствует критерию Релея. Другим критерием качества изображения может служить частотно-контрастная характеристика. Для МБМ с малым размером пикселя контраст изображения объектива должен находиться в пределах 0,55÷0,65 на пространственной частоте 20÷30 мм-1 (критерий Найквиста).In practice, the scattering diffraction circle of a real lens taking into account geometric aberrations is determined at 80% energy concentration, which meets the Rayleigh criterion. Another criterion for image quality is the frequency-contrast characteristic. For MBM with a small pixel size, the contrast of the lens image should be within 0.55–0.65 at a spatial frequency of 20–30 mm -1 (Nyquist criterion).
Известен светосильный объектив для ИК-области спектра (8-12,5 мкм) по патенту РФ №2411555. Объектив содержит три одиночных линзы (защитное стекло входит в состав фотоприемника), первая из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, вторая - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, третья - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету. Вторая вогнутая поверхность первой линзы выполнена асферической. Первая и третья линзы выполнены из германия, а вторая - из селенида цинка.Known fast lens for the infrared region of the spectrum (8-12.5 microns) according to the patent of the Russian Federation No. 2411555. The lens contains three single lenses (a protective glass is part of the photodetector), the first of which is the positive meniscus facing the concavity to the image, the second is the negative meniscus facing the concavity to the image, the third is the positive meniscus facing the bulge to the object. The second concave surface of the first lens is aspherical. The first and third lenses are made from germanium, and the second from zinc selenide.
Для третьей линзы может использоваться материал с показателем преломления более 2,3 и менее 4,1 для длины волны 10 мкм; радиусы кривизны поверхностей и фокусное расстояние объектива связаны соотношениями: R3<R1; R3<R6; 0,25<R3/f'<0,5; 0,15<R4/f'<0,45; 0,3<R5/f'<0,7; 0,4<R6/f'<1,3, где R1, R3-R6 - радиусы кривизны первой, третьей, четвертой, пятой и шестой оптических поверхностей, f' - фокусное расстояние объектива.For the third lens, a material with a refractive index of more than 2.3 and less than 4.1 for a wavelength of 10 μm can be used; the radii of curvature of the surfaces and the focal length of the lens are related by the relations: R 3 <R 1 ; R 3 <R 6 ; 0.25 <R 3 / f '<0.5; 0.15 <R 4 / f '<0.45; 0.3 <R 5 / f '<0.7; 0.4 <R 6 / f '<1.3, where R 1 , R 3 -R 6 are the radii of curvature of the first, third, fourth, fifth and sixth optical surfaces, f' is the focal length of the lens.
При фокусном расстоянии 130 мм объектив имеет относительное отверстие 1:1,08. Рассмотрен также вариант с относительным отверстием 1:1,4.At a focal length of 130 mm, the lens has a relative aperture of 1: 1.08. A variant with a relative aperture of 1: 1.4 is also considered.
Анализ качества изображения с учетом дифракции показал, что для относительного отверстия 1:1,08 дифракционный контраст изображения составляет 0,72 на пространственной частоте 20 мм-1. С учетом остаточных геометрических аберраций он должен быть не менее 0,60÷0,67. Расчет по приведенным в патенте конструктивным элементам объектива дал контраст 0,4 для осевой точки поля зрения, а для полевых точек поля зрения - менее 0,4. Диаметр кружка рассеяния по всему полю зрения составляет 55÷60 мкм, что свидетельствует о низком качестве изображения объектива.Analysis of image quality with regard to diffraction showed that for a relative aperture of 1: 1.08, the diffraction contrast of the image is 0.72 at a spatial frequency of 20 mm -1 . Taking into account the residual geometric aberrations, it should be at least 0.60 ÷ 0.67. The calculation using the lens structural elements given in the patent gave a contrast of 0.4 for the axial point of the field of view, and for field points of the field of view less than 0.4. The diameter of the scattering circle over the entire field of view is 55–60 μm, which indicates a low image quality of the lens.
Известен трехлинзовый объектив для ИК-области спектра по патенту US №3363962, обладающий относительным отверстием 1:0,75. Объектив содержит три мениска, из которых первый и третий по ходу луча мениски - положительные, обращенные вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, а второй - отрицательный, обращен вогнутой поверхностью к плоскости предмета. Первый и третий мениски выполнены из германия, а второй - из сульфида цинка. Все поверхности менисков имеют сферический профиль. Второй и третий мениски имеют значительную толщину по оси, поскольку она позволяет скорректировать геометрические аберрации. Относительная длина объектива L/D=1,75, где L - длина объектива от первой поверхности до плоскости изображения. D - диаметр входного зрачка.Known three-lens for the infrared spectrum according to US patent No. 3363962, with a relative aperture of 1: 0.75. The lens contains three menisci, of which the first and third along the meniscus ray are positive, facing concave surfaces to the image plane, and the second negative, facing a concave surface to the subject plane. The first and third menisci are made of germanium, and the second of zinc sulfide. All meniscus surfaces have a spherical profile. The second and third menisci have a significant thickness along the axis, since it allows you to adjust geometric aberrations. The relative length of the lens L / D = 1.75, where L is the length of the lens from the first surface to the image plane. D is the diameter of the entrance pupil.
Контраст изображения по всему полю составляет не более 0,32 при пространственной частоте 20 мм-1, а кружки рассеяния - 52 мкм. Данный объектив имеет низкое качество изображения, что не позволяет его применять в современных тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами.The image contrast throughout the field is not more than 0.32 at a spatial frequency of 20 mm -1 , and the scattering circles are 52 μm. This lens has a low image quality, which does not allow its use in modern thermal imagers with matrix photodetectors.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению - прототипом - является инфракрасный светосильный трехлинзовый объектив по патенту РФ №2348953 от 15.10.2007 г., МПК G02B 13/14. Объектив содержит последовательно расположенные по ходу лучей первый положительный мениск, второй отрицательный мениск и третий положительный мениск. Первый и третий мениски обращены вогнутостью к плоскости изображений, второй - к пространству предметов. Все преломляющие поверхности выполнены сферическими. Длина по оптической оси от первой преломляющей поверхности до плоскости изображений не превышает 1,8 фокусного расстояния объектива. Показатель преломления материала первого и третьего менисков для основной длины волны рабочего спектрального диапазона не менее 4,0 (германий), а второго мениска - не более 2,5 (селенид цинка). Объектив удовлетворяет следующим соотношениям: ϕ1=(0,6÷0,7)ϕ, ϕ2=-(0,15÷0,5)ϕ, ϕ3=(1,3÷2)ϕ, где ϕ1, ϕ2, ϕ3 - относительные оптические силы соответственно первого, второго и третьего менисков, ϕ - оптическая сила объектива. Длина объектива - 62,3 мм.The closest to the claimed technical solution - the prototype - is an infrared fast three-lens lens according to the patent of the Russian Federation No. 2348953 from 10/15/2007, IPC G02B 13/14. The lens contains sequentially located along the rays of the first positive meniscus, the second negative meniscus and the third positive meniscus. The first and third menisci are turned concave to the plane of the images, the second to the space of objects. All refracting surfaces are made spherical. The length along the optical axis from the first refracting surface to the image plane does not exceed 1.8 of the focal length of the lens. The refractive index of the material of the first and third menisci for the main wavelength of the working spectral range is not less than 4.0 (germanium), and the second meniscus - not more than 2.5 (zinc selenide). The lens satisfies the following relationships: ϕ 1 = (0.6 ÷ 0.7) ϕ, ϕ 2 = - (0.15 ÷ 0.5) ϕ, ϕ 3 = (1.3 ÷ 2) ϕ, where ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 are the relative optical forces of the first, second and third menisci, respectively, ϕ is the optical power of the lens. The lens length is 62.3 mm.
Недостатком данного объектива является низкое качество изображения и большая длина. Анализ функции концентрации энергии по конструктивным элементам объектива, приведенным в изобретении, показал, что 80% энергии сосредоточено в кружке диаметром 30 мкм для осевой точки предмета и в кружке диаметром 40 мкм для края поля зрения. Это происходит из-за наличия в объективе аберраций высших порядков, обусловленного большим углом падения лучей к нормали первой поверхности второго мениска. Кроме того, анализ контраста изображения явно показывает наличие большого астигматизма по краю поля зрения. Для фотоприемника с размером пикселя Q=0,017×0,017 мм по критерию Найквиста на пространственной частоте, равной 1/2Q=30 мм-1, контраст изображения должен быть равен 0,6. В прототипе для осевой точки предмета он равен 0,4.The disadvantage of this lens is the low image quality and long length. The analysis of the energy concentration function for the structural elements of the lens described in the invention showed that 80% of the energy is concentrated in a circle with a diameter of 30 μm for the axial point of the object and in a circle with a diameter of 40 μm for the edge of the field of view. This is due to the presence of higher order aberrations in the lens, due to the large angle of incidence of the rays to the normal to the first surface of the second meniscus. In addition, analysis of image contrast clearly shows the presence of large astigmatism along the edge of the field of view. For a photodetector with a pixel size of Q = 0.017 × 0.017 mm according to the Nyquist criterion at a spatial frequency of 1/2 Q = 30 mm -1 , the image contrast should be 0.6. In the prototype for the axial point of the subject, it is 0.4.
Технические результаты изобретения: повышение качества изображения объектива и снижение его длины.Technical results of the invention: improving the image quality of the lens and reducing its length.
Указанные технические результаты достигаются следующим образом. Светосильный трехлинзовый объектив для ИК-области спектра, как и прототип, содержит три мениска, из которых первый и третий по ходу луча мениски - положительные, обращенные вогнутыми поверхностями к плоскости изображений, выполненные из германия, а второй мениск - отрицательный. В отличие от прототипа в заявляемом объективе выполнено следующее. Второй мениск обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений и выполнен из материала с показателем преломления от 2,2 до 2,8; вогнутые поверхности первого и третьего менисков выполнены коническими, коническая постоянная первого мениска лежит в пределах от 1 до 2,4, а третьего мениска - в пределах от минус 1,9 до минус 5,9; при этом выполняются следующие соотношения:The specified technical results are achieved as follows. The fast three-lens lens for the infrared region of the spectrum, like the prototype, contains three meniscuses, of which the first and third along the meniscus beam are positive, facing concave surfaces to the image plane, made of germanium, and the second meniscus is negative. In contrast to the prototype in the inventive lens, the following is fulfilled. The second meniscus faces the concave surface of the image plane and is made of material with a refractive index of 2.2 to 2.8; the concave surfaces of the first and third menisci are made conical, the conical constant of the first meniscus is in the range from 1 to 2.4, and the third meniscus is in the range from minus 1.9 to minus 5.9; the following relationships are true:
ϕ1=(0,71÷0,8)ϕ, ϕ2=-(0,46÷1,17)ϕ, ϕ3=(1,63÷2,16)ϕ,ϕ 1 = (0.71 ÷ 0.8) ϕ, ϕ 2 = - (0.46 ÷ 1.17) ϕ, ϕ 3 = (1.63 ÷ 2.16) ϕ,
где: ϕ1, ϕ2, ϕ3 - относительные оптические силы первого, второго, третьего менисков; ϕ - оптическая сила объектива,where: ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 are the relative optical powers of the first, second, third menisci; ϕ is the optical power of the lens,
D2/L=0,21÷0,41; D4/L=0,15÷0,36,D2 / L = 0.21 ÷ 0.41; D4 / L = 0.15 ÷ 0.36,
где: D2 - воздушный промежуток между первым и вторым менисками; L - длина объектива; D4 - воздушный промежуток между вторым и третьим менисками.where: D2 is the air gap between the first and second menisci; L is the length of the lens; D4 - air gap between the second and third menisci.
В предлагаемом объективе могут быть использованы вся линейка халькогенидных стекол фирмы SCHOTT от IRG-22 до IRG-26, отечественные бескислородные стекла марки ИКС, сульфид цинка и селенид цинка. При использовании сульфида цинка и селенида цинка качество изображения объектива хорошее, но происходит уменьшение заднего отрезка объектива с фокусным расстоянием 35,5 мм, что создает определенные трудности при размещении фотоприемника. Использование этих материалов требует увеличения фокусного расстояния объектива.In the proposed lens, the entire line of SCHOTT chalcogenide glasses from IRG-22 to IRG-26, domestic oxygen-free IKS brand glasses, zinc sulfide and zinc selenide can be used. When using zinc sulfide and zinc selenide, the image quality of the lens is good, but there is a decrease in the rear segment of the lens with a focal length of 35.5 mm, which creates certain difficulties when placing the photodetector. The use of these materials requires an increase in the focal length of the lens.
Пример конкретной реализации объектива показан на чертежах.An example of a specific implementation of the lens is shown in the drawings.
На фиг. 1 приведена оптическая схема объектива.In FIG. 1 shows the optical layout of the lens.
На фиг. 2-11 приведены характеристики качества изображения заявляемого объектива и объектива-прототипа в одинаковых масштабах.In FIG. 2-11 shows the image quality characteristics of the inventive lens and the prototype lens at the same scale.
На фиг. 2 приведены геометрические аберрации для осевой точки поля зрения, зоны и края поля зрения заявляемого объектива, на фиг. 3 - объектива-прототипа.In FIG. 2 shows the geometric aberrations for the axial point of the field of view, the zone and the edge of the field of view of the inventive lens, FIG. 3 - prototype lens.
На фиг. 4 приведены графики астигматизма (кривизны поверхности) изображения (левый график) и дисторсии (правый график) заявляемого объектива, на фиг. 5 - объектива-прототипа.In FIG. 4 shows graphs of astigmatism (surface curvature) of the image (left graph) and distortion (right graph) of the inventive lens, FIG. 5 - prototype lens.
На фиг. 6 приведена функция рассеяния точки для трех полей зрения (осевой, зональной и края поля зрения) заявляемого объектива, на фиг. 7 - объектива-прототипа.In FIG. 6 shows the function of scattering points for three fields of view (axial, zonal and edge of the field of view) of the inventive lens, in FIG. 7 - prototype lens.
На фиг. 8 приведены графики контраста изображения (ЧКХ) для осевой точки и края поля зрения заявляемого объектива, на фиг. 9 - объектива-прототипа.In FIG. 8 shows graphs of image contrast (TSC) for the axial point and the edge of the field of view of the inventive lens, FIG. 9 - prototype lens.
На фиг. 10 приведены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) для осевой точки поля зрения, зоны и края поля зрения заявляемого объектива, на фиг. 11 - объектива-прототипа.In FIG. 10 shows graphs of the function of energy concentration (FFE) for the axial point of the field of view, zone and edge of the field of view of the inventive lens, in FIG. 11 is a prototype lens.
Светосильный трехлинзовый объектив для ИК-области спектра (фиг. 1) содержит три мениска. Мениск 1 - положительный, выполнен из германия. Мениск 2 - отрицательный, выполнен из халькогенидного стекла марки IRG-23 фирмы SCHOTT. Мениск 3 - положительный, выполнен из германия. Все мениски 1, 2, 3 обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения 5. Между объективом и фотоприемником (плоскостью изображения 5) установлено защитное стекло 4. Пучки лучей от предмета последовательно проходят через мениски 1, 2, 3 и защитное стекло 4 и строят изображение в плоскости изображения 5.A fast three-lens lens for the infrared region of the spectrum (Fig. 1) contains three meniscus. Meniscus 1 - positive, made of Germany. Meniscus 2 - negative, made of chalcogenide glass brand IRG-23 by SCHOTT. Meniscus 3 - positive, made of Germany. All
Характеристики конструктивных элементов объектива приведены в таблице. Входной зрачок расположен на первой поверхности объектива.The characteristics of the structural elements of the lens are shown in the table. The entrance pupil is located on the first surface of the lens.
Длина объектива по сравнению с прототипом уменьшена в 1,15 раза: у прототипа 62,3 мм, у заявляемого объектива - 54,1 мм. В данном объективе обеспечиваются следующие соотношения:The length of the lens compared to the prototype is reduced 1.15 times: the prototype 62.3 mm, the inventive lens - 54.1 mm The following ratios are provided in this lens:
ϕ1=0,767ϕ, ϕ2=-0,835ϕ, ϕ3=1,89ϕ;ϕ 1 = 0.767ϕ, ϕ 2 = -0.835ϕ, ϕ 3 = 1.89ϕ;
D2/L=0,33; D4/L=0,23; где D2/L, D4/L - относительные воздушные промежутки соответственно между первым и вторым, вторым и третьим менисками.D2 / L = 0.33; D4 / L = 0.23; where D2 / L, D4 / L are the relative air gaps respectively between the first and second, second and third menisci.
Коническая постоянная второй поверхности (мениск 1) равна 2, а шестой поверхности (мениск 3) равна (-3,75). Современная технология изготовления простых конических поверхностей позволяет достигать высокой точности асферизации порядка 0,3 мкм, а сам процесс не представляет технологических трудностей.The conical constant of the second surface (meniscus 1) is 2, and the sixth surface (meniscus 3) is (-3.75). Modern technology for the manufacture of simple conical surfaces makes it possible to achieve high asphericization accuracy of the order of 0.3 microns, and the process itself does not present technological difficulties.
Рассмотрим характеристики качества изображения объектива.Consider the image quality characteristics of the lens.
На фиг. 2, 3 представлены геометрические аберрации заявляемого объектива (фиг. 2) и объектива-прототипа (фиг. 3). Чтобы не затенять рисунок, аберрации приведены для двух длин волн. В верхней части слева представлены геометрические аберрации для осевой точки поля зрения, справа - для зональной точки поля зрения, а внизу - для края поля зрения. Аберрации даны для полей 0°, 4,2° и 6°. По оси ординат даны аберрации для меридиональной составляющей (EY) и сагиттальной составляющей (ЕХ). Цена деления - 10 мкм. По оси абсцисс дан диаметр входного зрачка в меридиональной (PY) и сагиттальной (РХ) плоскостях. Так как виньетирование в системе отсутствует, PY=РХ. Как видно из графиков, в заявляемом объективе по сравнению с прототипом уменьшены аберрации высших порядков, что позволяет достигнуть еще большего относительного отверстия, вплоть до 1:0,7.In FIG. 2, 3 shows the geometric aberrations of the inventive lens (Fig. 2) and the prototype lens (Fig. 3). In order not to obscure the pattern, aberrations are given for two wavelengths. In the upper part on the left are the geometric aberrations for the axial point of the field of view, on the right for the zonal point of the field of view, and below for the edge of the field of view. Aberrations are given for the
Графики астигматизма изображения (фиг. 4) приведены для меридиональной Т (тангенциальной) и сагиттальной S составляющих поля зрения в мм. Графики дисторсии даны в процентах. Из графиков следует, что в предлагаемом объективе существенно уменьшен астигматизм изображения (фиг. 4) по сравнению с прототипом (фиг. 5). Наличие большого астигматизма в прототипе проявляется в понижении контраста изображения в меридиональной плоскости.Graphs of astigmatism of the image (Fig. 4) are shown for the meridional T (tangential) and sagittal S components of the field of view in mm. Distortion graphs are given as a percentage. From the graphs it follows that in the proposed lens is significantly reduced image astigmatism (Fig. 4) compared with the prototype (Fig. 5). The presence of large astigmatism in the prototype is manifested in lowering the contrast of the image in the meridional plane.
На фиг. 6, 7 представлена функция рассеяния точки (топология пятен рассеяния в геометрическом приближении) для трех точек поля зрения: для точки на оси, в зоне и по краю поля зрения. Размер квадрата составляет 100 мкм. Кроме того, на каждое пятно рассеяния впечатан дифракционный (безаберрационный) кружок Эри, составляющий в диаметре 18,3 мкм. В этом кружке сосредоточено 83,4% энергии. Как видно из фиг. 6, в отличие от прототипа (фиг. 7) все пятна рассеяния предлагаемого объектива вписываются в кружок Эри, что наглядно демонстрирует высокое качество изображения.In FIG. Figures 6 and 7 show the point scattering function (topology of scattering spots in the geometric approximation) for three points of the field of view: for a point on the axis, in the zone, and along the edge of the field of view. The square size is 100 microns. In addition, a diffraction (non-aberrational) Erie circle with a diameter of 18.3 μm is imprinted on each scattering spot. This circle contains 83.4% of energy. As can be seen from FIG. 6, in contrast to the prototype (Fig. 7), all the scattering spots of the proposed lens fit into the Erie circle, which clearly demonstrates the high image quality.
Для более надежной оценки качества изображения используется величина контраста изображения (ЧКХ) и функция концентрации энергии (ФКЭ). На фиг. 8, 9 по оси абсцисс задана пространственная частота в мм-1, по оси ординат - величина контраста изображения (ЧКХ) в относительных единицах. ЧКХ объективов представлены для пространственной частоты 30 мм-1. Для предлагаемого объектива (фиг. 8) контраст изображения для всего поля зрения превышает значение 0,6 на частоте 30 мм-1 (критерий Найквиста), а для прототипа он равен 0,4 уже для осевой точки (фиг. 9). Это свидетельствует о потенциальных возможностях дальнейшего повышения светосилы предлагаемого объектива.For a more reliable assessment of image quality, the value of image contrast (CCF) and the function of energy concentration (PCE) are used. In FIG. 8, 9, the spatial frequency in mm -1 is set along the abscissa, and the image contrast value (CCF) in relative units along the ordinate. The frequency response of the lenses is presented for a spatial frequency of 30 mm -1 . For the proposed lens (Fig. 8), the image contrast for the entire field of view exceeds 0.6 at a frequency of 30 mm -1 (Nyquist criterion), and for the prototype it is 0.4 already for the axial point (Fig. 9). This indicates the potential for further increasing the aperture of the proposed lens.
Графики ФКЭ объективов позволяют определить площадку (кружок), на которой сосредоточено 80% энергии. На фиг. 10, 11 представлены графики ФКЭ, рассчитанные по программе ZEMAX. По оси абсцисс задан радиус пятна рассеяния (до 30 мкм), по оси ординат - энергия (ФКЭ) в относительных единицах. Верхняя кривая соответствует дифракционно ограниченному (совершенному) объективу. Для предлагаемого объектива на оси, в зоне поля и по краю поля зрения они составляют соответственно 20, 18 и 21 мкм, тогда как для прототипа - соответственно 31, 30 и 40 мкм.The FFE graphs of the lenses allow you to determine the area (circle) on which 80% of the energy is concentrated. In FIG. Figures 10, 11 show the FCE graphs calculated by the ZEMAX program. The radius of the scattering spot (up to 30 μm) is set along the abscissa, and the energy (PCE) in relative units along the ordinate. The upper curve corresponds to a diffraction limited (perfect) lens. For the proposed lens on the axis, in the field zone and along the edge of the field of view, they are 20, 18 and 21 μm, respectively, while for the prototype - respectively 31, 30 and 40 μm.
Предлагаемый объектив обладает не только высоким относительным отверстием, но и дифракционным качеством изображения. Расчеты показали, что эти результаты, а также уменьшение длины объектива получены при всех значениях заявленных диапазонов относительных оптических сил менисков, относительных воздушных промежутков между менисками и конических постоянных менисков.The proposed lens has not only a high relative aperture, but also diffraction image quality. The calculations showed that these results, as well as a decrease in the length of the lens, were obtained for all values of the declared ranges of relative optical forces of menisci, relative air gaps between menisci and conical constant menisci.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить качество изображения объектива и уменьшить его длину.Thus, the present invention improves the image quality of the lens and reduce its length.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135400A RU2629887C1 (en) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | High-speed three-lens objective for ir spectrum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135400A RU2629887C1 (en) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | High-speed three-lens objective for ir spectrum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629887C1 true RU2629887C1 (en) | 2017-09-04 |
Family
ID=59797500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135400A RU2629887C1 (en) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | High-speed three-lens objective for ir spectrum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629887C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709050C1 (en) * | 2019-04-22 | 2019-12-13 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Telephoto lens for spectrum ir |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348953C1 (en) * | 2007-10-15 | 2009-03-10 | Институт физики полупроводников СО РАН | Infrared rapid three-lens objective |
| RU2411555C1 (en) * | 2009-12-25 | 2011-02-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод имени С.А. Зверева" | Large-aperture lens |
| US20120212807A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-23 | Tamron Co., Ltd. | Infrared Lens |
| RU156006U1 (en) * | 2015-04-23 | 2015-10-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" | ATHERMALIZED LENS FOR IR SPECTRUM |
| RU162347U1 (en) * | 2015-07-28 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" | LIGHT ACHROMATIC LENS LENS OF INFRARED RANGE |
-
2016
- 2016-08-30 RU RU2016135400A patent/RU2629887C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348953C1 (en) * | 2007-10-15 | 2009-03-10 | Институт физики полупроводников СО РАН | Infrared rapid three-lens objective |
| RU2411555C1 (en) * | 2009-12-25 | 2011-02-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод имени С.А. Зверева" | Large-aperture lens |
| US20120212807A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-23 | Tamron Co., Ltd. | Infrared Lens |
| RU156006U1 (en) * | 2015-04-23 | 2015-10-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" | ATHERMALIZED LENS FOR IR SPECTRUM |
| RU162347U1 (en) * | 2015-07-28 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" | LIGHT ACHROMATIC LENS LENS OF INFRARED RANGE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709050C1 (en) * | 2019-04-22 | 2019-12-13 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Telephoto lens for spectrum ir |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105319669B (en) | A kind of two-waveband infrared optical system | |
| CN109343201A (en) | The low distortion wide-angle long wave uncooled ir optical system of PASSIVE OPTICAL athermal | |
| RU2365952C1 (en) | Infrared objective | |
| CN104330867A (en) | Large-aperture small-F-number optical system used for television wave band | |
| RU2629887C1 (en) | High-speed three-lens objective for ir spectrum | |
| RU2613483C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectrum | |
| RU2642173C1 (en) | Athermalised wideangle lens for ir spectral region | |
| CN106405800B (en) | LONG WAVE INFRARED 5mm PASSIVE OPTICAL athermal lens | |
| RU2629890C1 (en) | Infrared lens with passive thermalization | |
| RU191911U1 (en) | Projection Aperture Lens | |
| RU192789U1 (en) | FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS | |
| RU2594957C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectrum | |
| RU2678957C1 (en) | Wide-angle high-power infrared lens | |
| RU2348953C1 (en) | Infrared rapid three-lens objective | |
| RU2348059C1 (en) | Large-aperture lens | |
| CN113820763B (en) | Micro-lens based on high-refractive-index medium substrate | |
| RU2643707C1 (en) | Infrared three-lens objective | |
| RU2594955C1 (en) | Telescopic lens for infrared spectrum | |
| RU2650743C1 (en) | Wide-angle infrared lens | |
| RU2620202C1 (en) | Lens for infrared spectral area | |
| RU163268U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
| RU195924U1 (en) | LENS | |
| RU2618590C1 (en) | Athermalised lens for ir spectrum area | |
| RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| CN209606697U (en) | A kind of long wave uncooled ir camera lens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |