RU2642173C1 - Athermalised wideangle lens for ir spectral region - Google Patents
Athermalised wideangle lens for ir spectral region Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642173C1 RU2642173C1 RU2016149729A RU2016149729A RU2642173C1 RU 2642173 C1 RU2642173 C1 RU 2642173C1 RU 2016149729 A RU2016149729 A RU 2016149729A RU 2016149729 A RU2016149729 A RU 2016149729A RU 2642173 C1 RU2642173 C1 RU 2642173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- components
- component
- meniscus
- positive
- Prior art date
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title description 2
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 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 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000003017 thermal stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-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
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области инфракрасной (ИК) оптики и может быть использовано в тепловизорах с фотоприемными устройствами, выполненными в виде микроболометрической матрицы чувствительных элементов, которые не требуют охлаждения до криогенных температур. Спектральная область работы объектива 8-12 мкм.The invention relates to the field of infrared (IR) optics and can be used in thermal imagers with photodetectors made in the form of a microbolometric matrix of sensitive elements that do not require cooling to cryogenic temperatures. The spectral range of the lens is 8-12 microns.
Матрицы предыдущего поколения имели формат 640×480 пикселей размером 17×17 мкм с диагональю 13,6 мм. В настоящее время достигнут формат матрицы 800×600 пикселей того же размера с диагональю 17 мм. Использование таких матриц требует соответствующего увеличения поля зрения объектива без ухудшения качества изображения.Matrices of the previous generation had a format of 640 × 480 pixels with a size of 17 × 17 μm with a diagonal of 13.6 mm. Currently, a matrix format of 800 × 600 pixels of the same size with a diagonal of 17 mm has been achieved. The use of such matrices requires a corresponding increase in the field of view of the lens without compromising image quality.
Кроме того, к современным объективам предъявляются требования независимости от внешних факторов - температуры окружающей среды и влажности. Первый фактор устраняется атермализацией объектива (независимостью положения плоскости установки объектива от температуры), а второй - применением алмазоподобных покрытий на внешней поверхности объектива, при этом современные технологии позволяют наносить подобные покрытия только на оптический германий.In addition, requirements for independence from external factors, such as ambient temperature and humidity, are imposed on modern lenses. The first factor is eliminated by the athermalization of the lens (the independence of the position of the lens mounting plane from the temperature), and the second by the use of diamond-like coatings on the outer surface of the lens, while modern technologies only allow applying such coatings to optical germanium.
Известен атермализованный объектив для ИК-области спектра 8-12 мкм по патенту США №4679891 от 03.07.1985 г., МПК G02F 1/02, G02B 9/12, 9/34. Объектив содержит четыре компонента, из которых первый - двояковыпуклая линза, выполненная из селенида цинка, второй - двояковогнутая линза, выполненная из сульфида цинка, третий - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображения, выполненный из германия, четвертый - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображения, выполненный из германия.Known athermalized lens for the infrared region of the spectrum of 8-12 microns according to US patent No. 4679891 from 07/03/1985, IPC
Конструктивные параметры объектива (вариант III): фокусное расстояние 100 мм, относительное отверстие 1:1.6, поле зрения ±4,5°. Температурный диапазон от -40°C до +50°C.The design parameters of the lens (option III): focal length 100 mm, relative aperture 1: 1.6, field of view ± 4.5 °. Temperature range from -40 ° C to + 50 ° C.
Недостатком объектива является небольшое поле зрения, низкое относительное отверстие и недостаточно широкий температурный диапазон работы.The disadvantage of the lens is a small field of view, low relative aperture and not wide enough temperature range.
Известен атермализованный объектив для ИК-области спектра по патенту РФ №2538423 от 08.10.2013 г., МПК G02B 9/38. Объектив содержит закрепленные в корпусе четыре мениска. Первый мениск - положительный, выполнен из бескислородного стекла ИКС-25, второй - отрицательный, выполнен из селенида цинка, третий - отрицательный, выполнен из германия, а четвертый - положительный, выполнен из германия. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения. Между относительными оптическими силами менисков имеют место следующие соотношения: ϕ1:ϕ2:ϕ3:ϕ4=(0,72÷0,85):-(1,28÷1,76):-(3,00÷6,00):(0,79÷0,92), где ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого менисков.Known athermalized lens for the infrared region of the spectrum according to the patent of the Russian Federation No. 2538423 from 08.10.2013, IPC G02B 9/38. The lens contains four meniscuses fixed in the housing. The first meniscus is positive, made of oxygen-free glass IKS-25, the second is negative, made of zinc selenide, the third is negative, made of germanium, and the fourth is positive, made of germanium. All menisci face with concave surfaces to the image plane. The following relationships occur between the relative optical forces of the menisci: ϕ 1 : ϕ 2 : ϕ 3 : ϕ 4 = (0.72 ÷ 0.85) :-( 1.28 ÷ 1.76) :-( 3.00 ÷ 6 , 00) :( 0.79 ÷ 0.92), where ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 , ϕ 4 are the relative optical forces of the first, second, third, and fourth menisci, respectively.
Конструктивные параметры объектива: фокусное расстояние 75 мм, относительное отверстие 1:1.25, поле зрения 6°×8°. Температурный диапазон - от -40°C до +50°C.Lens design parameters: focal length 75 mm, relative aperture 1: 1.25, field of view 6 ° × 8 °. Temperature range - from -40 ° C to + 50 ° C.
Указанный объектив также имеет небольшое поле зрения и недостаточно широкий температурный диапазон работы.The specified lens also has a small field of view and a wide temperature range.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является атермализованный объектив для ИК-области спектра по патенту РФ №2594957 от 24.06.2015 г., МПК G02B 9/34, G02B 13/14. Объектив содержит размещенные в корпусе четыре мениска, первый мениск - отрицательный, выполненный из германия, второй - положительный, выполненный из бескислородного стекла ИКС-25, третий - отрицательный, выполненный из селенида цинка, четвертый - положительный, выполненный из германия. Все мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения, причем на первую поверхность первого мениска нанесено алмазоподобное просветляющее покрытие, а между относительными оптическими силами менисков имеются следующие соотношения: ϕ1:ϕ2:ϕ3:ϕ4=-(0,11÷0,23):(1,44÷1,70):-(0,68÷0,92):(1,04÷1,21), где ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого менисков. Корпус выполнен из алюминиевого сплава.The closest in technical essence to the claimed one - the prototype - is an athermalized lens for the infrared region of the spectrum according to the patent of the Russian Federation No. 2594957 dated 06.24.2015, IPC G02B 9/34, G02B 13/14. The lens contains four meniscus placed in the body, the first meniscus is negative made of germanium, the second is positive made of oxygen-free glass IKS-25, the third is negative made of zinc selenide, and the fourth is positive made of germanium. All menisci face with concave surfaces to the image plane, and a diamond-like antireflective coating is applied to the first surface of the first meniscus, and there are the following relations between the relative optical forces of the menisci: ϕ 1 : ϕ 2 : ϕ 3 : ϕ 4 = - (0.11 ÷ 0, 23) :( 1.44 ÷ 1.70) :-( 0.68 ÷ 0.92) :( 1.04 ÷ 1.21), where ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 , ϕ 4 are the relative optical forces respectively, the first, second, third and fourth menisci. The body is made of aluminum alloy.
При фокусном расстоянии 75 мм и относительном отверстии 1:1,25 объектив имеет поле зрения 6,3°×8,3° и обладает высоким качеством изображения по всему полю зрения в температурном диапазоне от -40°C до +50°C.With a focal length of 75 mm and a relative aperture of 1: 1.25, the lens has a field of view of 6.3 ° × 8.3 ° and has high image quality over the entire field of view in the temperature range from -40 ° C to + 50 ° C.
Расчет показал, что при уменьшении фокусного расстояния до 42 мм поле зрения увеличится до 11,2×14,8, но при этом значительно уменьшится в 1,8 раза до 6,6 мм задний отрезок объектива, а задний рабочий отрезок (с учетом стрелки прогиба) - до 4 мм, что создает конструктивные трудности размещения механической конструкции матрицы с защитным окном. Кроме того, по краю поля зрения будет происходить значительное уменьшение контраста изображения по сравнению с центром поля зрения: более чем в 7 раз.The calculation showed that when the focal length is reduced to 42 mm, the field of view will increase to 11.2 × 14.8, but at the same time, the rear segment of the lens will decrease significantly 1.8 times to 6.6 mm, and the rear working segment (taking into account the arrow deflection) - up to 4 mm, which creates structural difficulties in placing the mechanical structure of the matrix with a protective window. In addition, along the edge of the field of view there will be a significant decrease in image contrast compared to the center of the field of view: more than 7 times.
Недостаток объектива заключается в том, что он имеет небольшое поле зрения и недостаточно широкий температурный диапазон работы.The disadvantage of the lens is that it has a small field of view and a wide temperature range.
Техническая проблема заключается в создании атермализованного объектива, качество изображения которого не зависит от изменения температуры окружающей среды, с обеспечением следующего технического результата: увеличение поля зрения и расширение температурного диапазона работы.The technical problem is to create an athermalized lens, the image quality of which does not depend on changes in the ambient temperature, with the following technical result: increasing the field of view and expanding the temperature range of work.
Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.
Атермализованный широкоугольный объектив для ИК-области спектра, как и прототип, содержит размещенные в корпусе из алюминиевого сплава четыре компонента, первый из которых - отрицательный мениск, выполненный из германия, второй - положительный мениск, а третий - отрицательный мениск, выполненный из селенида цинка, причем упомянутые мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения. В отличие от прототипа в объективе выполнено следующее: четвертый компонент выполнен в виде положительной линзы, причем второй и четвертый компоненты выполнены из бескислородного стекла ИКС-25 или халькогенидного стекла IRG-26, вторая поверхность первого компонента выполнена асферической с коэффициентом асферичности от 0,42 до 1,56, а вторая поверхность второго компонента выполнена асферической с коэффициентом асферичности от минус 0,86 до 2,6; при этом выполняются следующие соотношения:The thermalized wide-angle infrared lens, like the prototype, contains four components located in an aluminum alloy housing, the first of which is a negative meniscus made of germanium, the second is a positive meniscus, and the third is a negative meniscus made of zinc selenide, moreover, said menisci face with concave surfaces to the image plane. In contrast to the prototype, the following is performed in the lens: the fourth component is made in the form of a positive lens, the second and fourth components are made of oxygen-free glass IKS-25 or chalcogenide glass IRG-26, the second surface of the first component is aspherical with an aspheric coefficient of 0.42 to 1.56, and the second surface of the second component is aspherical with an aspheric coefficient of minus 0.86 to 2.6; the following relationships are true:
ϕ1:ϕ2:ϕ3:ϕ4=-(0,07÷0,001):(1,4÷1,83):-(2,06÷2,55):(1,5÷1,9),ϕ 1 : ϕ 2 : ϕ 3 : ϕ 4 = - (0.07 ÷ 0.001) :( 1.4 ÷ 1.83) :-( 2.06 ÷ 2.55) :( 1.5 ÷ 1.9 ),
где ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4 - относительные оптические силы соответственно первого, второго, третьего и четвертого компонентов.where ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 , ϕ 4 are the relative optical forces of the first, second, third, and fourth components, respectively.
D4/f'=0,13÷0,19;D4 / f '= 0.13 ÷ 0.19;
D6/f'=0,12÷0,43,D6 / f '= 0.12 ÷ 0.43,
где D4 - воздушный промежуток между вторым и третьим компонентами;where D4 is the air gap between the second and third components;
D6 - воздушный промежуток между третьим и четвертым компонентами;D6 - air gap between the third and fourth components;
f' - эквивалентное фокусное расстояние объектива.f 'is the equivalent focal length of the lens.
На первой поверхности первого компонента может быть нанесено покрытие, обладающее высокой механической прочностью и влагопрочностью.On the first surface of the first component, a coating having high mechanical strength and moisture resistance can be applied.
Пример конкретной реализации атермализованного широкоугольного объектива показан на чертежах.An example of a specific implementation of an athermalized wide-angle lens is shown in the drawings.
На фиг. 1 приведена оптическая схема объектива, показан ход осевого пучка лучей. На фиг. 2 приведена функция рассеяния точки по трем конфигурациям: 20°C, -50°C и +50°C. На фиг. 3 приведена функция концентрации энергии (ФКЭ) и контраст изображения (ЧКХ) по трем конфигурациям: 20°C, -50°C и +50°C.In FIG. 1 shows the optical scheme of the lens, shows the progress of the axial beam of rays. In FIG. Figure 2 shows the point scattering function in three configurations: 20 ° C, -50 ° C and + 50 ° C. In FIG. Figure 3 shows the function of energy concentration (PCE) and image contrast (CCF) in three configurations: 20 ° C, -50 ° C and + 50 ° C.
Атермализованный широкоугольный объектив для ИК-области спектра (фиг. 1) содержит размещенные в корпусе четыре компонента. Компонент 1 - отрицательный мениск, выполнен из германия, его вторая поверхность выполнена асферической. Компонент 2 - положительный мениск, выполнен из стекла IRG-26, его вторая поверхность выполнена асферической. Компонент 3 - отрицательный мениск, выполнен из селенида цинка (ZnSe). Компонент 4 - положительная двояковыпуклая линза, выполнена из стекла IRG-26. Компоненты 1, 2, 3 обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображения 5. Коэффициенты асферичности K2 и K4 соответственно второй поверхности компонента 1 и второй поверхности компонента 2 лежат в пределах: K2=0,42÷1,56; K4=-0,86÷2,6. Положение компонента 3 определяется воздушными промежутками D4 и D6: D4/f'=0,13÷0,19; D6/f'=0,12÷0,43.The thermalized wide-angle lens for the infrared region of the spectrum (Fig. 1) contains four components housed in the housing.
Соотношения относительных оптических сил компонентов 1, 2, 3, 4 лежат в пределах: ϕ1:ϕ2:ϕ3:ϕ4=-(0,07÷0,001):(1,4÷1,83):-(2,06÷2,55):(1,5÷1,9), где ϕ1=f'/f'1, ϕ2=f'/f'2, ϕ3=f'/f'3, ϕ4=f'/f'4; f'1, f'2, f'3, f'4 - фокусные расстояния соответственно компонентов 1, 2, 3, 4.The ratios of the relative optical powers of
Объектив работает следующим образом. Пучки лучей от предмета последовательно проходят через компоненты 1, 2, 3, 4 и строят изображение в плоскости изображения 5.The lens works as follows. Beams of rays from an object sequentially pass through
При расчете объектива использовались косые пучки лучей, т.е. одновременно в меридиональной и сагиттальных плоскостях, когда пучки лучей идут по диагонали матрицы.When calculating the lens, oblique beams of rays were used, i.e. simultaneously in the meridional and sagittal planes, when the beams of rays go along the diagonal of the matrix.
В таблице 1 приведены оптические характеристики объектива, рассматриваемого в качестве примера реализации.Table 1 shows the optical characteristics of the lens, considered as an example implementation.
Конструктивные характеристики объектива приведены в таблице 2. Апертурная диафрагма расположена на четвертой поверхности объектива.The design characteristics of the lens are shown in table 2. The aperture diaphragm is located on the fourth surface of the lens.
При расчете объектива учитывались следующие факторы: температурный коэффициент расширения (TCE) оптических материалов, влияющий на толщину компонентов 1-4; температурный коэффициент расширения (TCE) материала корпуса объектива, влияющий на воздушные промежутки между компонентами 1-4; изменение показателей преломления (dn/dt) материалов компонентов 1-4; изменение прогибов компонентов 1-4 (кривизны их поверхностей) под воздействием температуры. Характеристики материалов компонентов 1-4 представлены в таблице 3.When calculating the lens, the following factors were taken into account: temperature coefficient of expansion (TCE) of optical materials, which affects the thickness of components 1-4; temperature coefficient of expansion (TCE) of the lens body material, affecting the air gaps between components 1-4; change in refractive indices (dn / dt) of materials of components 1-4; a change in the deflections of components 1-4 (the curvature of their surfaces) under the influence of temperature. The material characteristics of components 1-4 are presented in table 3.
Основные оптические характеристики применяемых оптических материалов, т.е. показатели преломления в области 8 мкм,10,6 мкм,12 мкм при давлении в одну атмосферу и температуре 20°C, -50°C и +50°C, даны в таблице 4, где Surf - номера поверхностей. В этой же таблице (снизу) приведены температурные показатели расширения TCE (Thermal coefficient of expansion) для оптических материалов и для корпуса объектива (TCE=22⋅10-6).The main optical characteristics of the used optical materials, i.e. refractive indices in the region of 8 μm, 10.6 μm, 12 μm at a pressure of one atmosphere and a temperature of 20 ° C, -50 ° C and + 50 ° C are given in table 4, where Surf are the surface numbers. The same table (bottom) shows the temperature coefficients of expansion TCE (Thermal coefficient of expansion) for optical materials and for the lens body (TCE = 22⋅10 -6 ).
В таблице 5 дано изменение кривизны (CRVT) поверхностей менисков их толщины и воздушных промежутков (THIC) в зависимости от температуры (TEMP) при давлении (PRES) одна атмосфера. На это указывает литера T (Thermal Pick Up) во всех графах системы для конфигураций Config 2 (-50°C) и Config 3 (+50°C). Расчет производится автоматически программой ZEMAX за счет встроенной подпрограммы термооптического анализа с последующей оптимизацией параметров объектива методом мультиконфигураций.Table 5 shows the change in curvature (CRVT) of the meniscus surfaces of their thickness and air gaps (THIC) as a function of temperature (TEMP) at a pressure (PRES) of one atmosphere. This is indicated by the letter T (Thermal Pick Up) in all columns of the system for the configurations Config 2 (-50 ° C) and Config 3 (+ 50 ° C). The calculation is performed automatically by the ZEMAX program due to the built-in subroutine of thermooptical analysis, followed by optimization of the lens parameters using the multi-configuration method.
Проведенный расчет показал, что при изменении температуры от -50°C до +50°C полная длина объектива (от первой поверхности до плоскости изображения) изменяется от 54,59 до 54,71 мм, а фокусное расстояние - в пределах 0,1 мм, т.е. остается практически постоянным.The calculation showed that when the temperature changes from -50 ° C to + 50 ° C, the total length of the lens (from the first surface to the image plane) changes from 54.59 to 54.71 mm, and the focal length is within 0.1 mm , i.e. remains almost constant.
В объективе с конструктивными элементами, указанными в таблице 2, выполняются следующие соотношения:In the lens with the structural elements listed in table 2, the following relationships are true:
ϕ1:ϕ2:ϕ3:ϕ4=-0,0067:1,6477:-2,459:1,8277;ϕ 1 : ϕ 2 : ϕ 3 : ϕ 4 = -0.0067: 1.6477: -2.459: 1.8277;
K2=0,33; K4=2,725; D4/f'=0,186; D6/f'=0,374.K2 = 0.33; K4 = 2.725; D4 / f '= 0.186; D6 / f '= 0.374.
В зависимости от величины оптической силы компонентов 1, 2, 3 компонент 4 в виде положительной линзы может приобрести форму от выпукло-плоской до менискообразной с вогнутостью, обращенной к плоскости изображения 5.Depending on the magnitude of the optical power of
На смещение плоскости изображения 5 под воздействием температуры (терморасстраиваимость) большое влияние оказывает компонент 1, выполненный из германия. При этом отклонение фокусного расстояния f'1, а следовательно, его заднего отрезка будет составлять df'1=f'1/(n-1)⋅dn/dt⋅Δt, где Δt - изменение температуры окружающей среды.The displacement of the
В случае когда фокусное расстояние f'1 становится отрицательным, упомянутое отклонение меняет знак. Таким образом, компонент 1 в виде слабого отрицательного мениска, выполненного из германия, становится термостабилизатором объектива.In the case where the focal length f ′ 1 becomes negative, the aforementioned deviation changes sign. Thus,
Еще одной особенностью оптической схемы объектива является то, что главный луч пучка лучей в пространстве изображений идет параллельно оптической оси, т.е. является телецентрическим. Это способствует исправлению комы и астигматизма.Another feature of the optical scheme of the lens is that the main beam of the beam of rays in the image space runs parallel to the optical axis, i.e. is telecentric. This helps correct coma and astigmatism.
Для расчета предлагаемого объектива в температурном диапазоне от -50°C до +50°C использован метод мультиконфигураций, предусмотренный в программе ZEMAX с использованием опции "Thermal Pick Up". С учетом этой опции проведена одновременная оптимизация новых (по отношению к номинальной конфигурации) значений параметров схемы объектива для значений температуры от -50°C до +50°C. При оптимизации использованы значения ТСЕ и dn/dt, представленные в таблице 3.To calculate the proposed lens in the temperature range from -50 ° C to + 50 ° C, the multi-configuration method provided in the ZEMAX program using the "Thermal Pick Up" option was used. With this option in mind, we simultaneously optimized new (relative to the nominal configuration) values of the lens circuit parameters for temperature values from -50 ° C to + 50 ° C. During optimization, the values of TCE and dn / dt are used, which are presented in table 3.
Рассмотрим характеристики качества изображения объектива: функцию рассеяния точки, которая наглядно демонстрирует топологию пятен рассеяния в геометрическом приближении (фиг. 2), контраст изображения (ЧКХ) и функцию концентрации энергии (ФКЭ), позволяющую определить дифракционный кружок рассеяния (фиг. 3).Consider the characteristics of the image quality of the lens: the point scattering function, which clearly demonstrates the topology of scattering spots in the geometric approximation (Fig. 2), image contrast (TSC) and the energy concentration function (PCE), which allows to determine the diffraction diffraction circle (Fig. 3).
На фиг. 2 в первой колонке дана топология кружков рассеяния для 20°C, во второй колонке - для -50°C, а в третьей - для +50°C. В первой строке даны кружки рассеяния для осевой точки поля зрения, во второй - для зоны, в третьей - для края поля зрения, т.е. по диагонали размером 18,4°×13,8°. Размер квадрата составляет 100 мкм. На каждое пятно рассеяния впечатан дифракционный (безаберрационный) кружок Эйри, составляющий в диаметре 32 мкм для относительного отверстия 1:1,25. В этом кружке сосредоточено 83,4% энергии. Над каждым пятном рассеяния впечатан его размер в микрометрах, соответствующий 80% концентрации энергии: 24, 25, 31, 32, 33. Из фиг. 2 видно, что все кружки рассеяния вписываются в кружок Эйри.In FIG. 2 in the first column gives the topology of the scattering circles for 20 ° C, in the second column for -50 ° C, and in the third for + 50 ° C. The first line contains the scattering circles for the axial point of the field of view, in the second for the zone, in the third for the edge of the field of view, i.e. diagonally measuring 18.4 ° × 13.8 °. The square size is 100 microns. Each diffusion spot is imprinted with a diffraction (non-aberration) Airy circle, which is 32 μm in diameter for a relative aperture of 1: 1.25. This circle contains 83.4% of energy. Over each scattering spot, its size in micrometers, corresponding to 80% of the energy concentration, is impressed: 24, 25, 31, 32, 33. From FIG. Figure 2 shows that all scattering circles fit into the Airy circle.
На фиг. 3 справа показан контраст изображения на частоте 20 мм-1, а слева - ФКЭ при радиусе пятна рассеяния 20 мкм для всего температурного диапазона. Представлены кривые при дифракционно ограниченном (идеальном) качестве изображения (диф.), для оси, зоны 13,0°×9,8° и края поля зрения 18,4°×13,8°. Графики для ЧКХ (модуль передаточной функции) имеют такую же структуру.In FIG. Figure 3 on the right shows the contrast of the image at a frequency of 20 mm -1 , and on the left shows the PCF with a radius of the scattering spot of 20 μm for the entire temperature range. Curves are presented with diffraction-limited (ideal) image quality (diff.), For the axis, zone 13.0 ° × 9.8 ° and the edge of the field of view 18.4 ° × 13.8 °. The graphs for the frequency response (transfer function module) have the same structure.
Из графиков фиг. 3 и фиг. 2 видно, что качество изображения объектива в температурном диапазоне от -50°C до +50°C остается постоянным. Это говорит о потенциальных возможностях расширения этого диапазона.From the graphs of FIG. 3 and FIG. 2 shows that the image quality of the lens in the temperature range from -50 ° C to + 50 ° C remains constant. This indicates the potential for expanding this range.
Для инфракрасных объективов необходимо, чтобы в размере пикселя матрицы значение концентрации энергии составляло не менее 80%. Рассмотрение этих графиков позволяет сделать вывод, что предлагаемый объектив имеет дифракционное качество изображения в диапазоне температур от -50°C до +50°C.For infrared lenses, the energy density should be at least 80% in the matrix pixel size. An examination of these graphs allows us to conclude that the proposed lens has diffractive image quality in the temperature range from -50 ° C to + 50 ° C.
Проведенные расчеты показывают, что технические результаты достигаются в пределах всех заявляемых диапазонов:The calculations show that the technical results are achieved within all the claimed ranges:
ϕ1:ϕ2:ϕ3:ϕ4=-(0,07÷0,001):(1,4÷1,83):-(2,06÷2,55):(1,5÷1,9);ϕ 1 : ϕ 2 : ϕ 3 : ϕ 4 = - (0.07 ÷ 0.001) :( 1.4 ÷ 1.83) :-( 2.06 ÷ 2.55) :( 1.5 ÷ 1.9 );
K2=0,42÷1,56; K4=-0,86÷2,6; D4/f'=0,13÷0,19; D6/f'=0,12÷0,43.K2 = 0.42 ÷ 1.56; K4 = -0.86 ÷ 2.6; D4 / f '= 0.13 ÷ 0.19; D6 / f '= 0.12 ÷ 0.43.
Таким образом, наряду с высоким качеством изображения предлагаемое изобретение обеспечивает большее чем в 2 раза поле зрения: 13,8°×18,4°, а также более широкий температурный диапазон работы объектива: от -50°C до +50°C.Thus, along with high image quality, the present invention provides a field of view greater than 2 times: 13.8 ° × 18.4 °, as well as a wider temperature range of the lens: from -50 ° C to + 50 ° C.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149729A RU2642173C1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Athermalised wideangle lens for ir spectral region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149729A RU2642173C1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Athermalised wideangle lens for ir spectral region |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642173C1 true RU2642173C1 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=61023689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016149729A RU2642173C1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Athermalised wideangle lens for ir spectral region |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642173C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196376U1 (en) * | 2019-11-28 | 2020-02-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" | Four-lens apochromatic lens |
| CN113589498A (en) * | 2021-08-04 | 2021-11-02 | 苏州东方克洛托光电技术有限公司 | Long-wave infrared athermalization optical system |
| RU2762997C1 (en) * | 2021-07-20 | 2021-12-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Главное управление специальных программ Президента Российской Федерации (ГУСП) | Wide angle athermalized infrared lens with large back |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA81919U (en) * | 2013-02-15 | 2013-07-10 | Олег Константинович Кучеренко | Athermalized four-component lens for infrared spectrum |
| CN103852863A (en) * | 2014-01-24 | 2014-06-11 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | Novel long wave infrared athermal lens |
| RU2538423C1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Швабе-Приборы" | Athermalised lens for infrared spectral region |
| RU2594957C1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-08-20 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Athermalised lens for infrared spectrum |
| RU2604112C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Objective lens for infrared spectrum |
-
2016
- 2016-12-16 RU RU2016149729A patent/RU2642173C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA81919U (en) * | 2013-02-15 | 2013-07-10 | Олег Константинович Кучеренко | Athermalized four-component lens for infrared spectrum |
| RU2538423C1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Швабе-Приборы" | Athermalised lens for infrared spectral region |
| CN103852863A (en) * | 2014-01-24 | 2014-06-11 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | Novel long wave infrared athermal lens |
| RU2604112C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Objective lens for infrared spectrum |
| RU2594957C1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-08-20 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Athermalised lens for infrared spectrum |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196376U1 (en) * | 2019-11-28 | 2020-02-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" | Four-lens apochromatic lens |
| RU2762997C1 (en) * | 2021-07-20 | 2021-12-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Главное управление специальных программ Президента Российской Федерации (ГУСП) | Wide angle athermalized infrared lens with large back |
| CN113589498A (en) * | 2021-08-04 | 2021-11-02 | 苏州东方克洛托光电技术有限公司 | Long-wave infrared athermalization optical system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3669226B1 (en) | Two-color very wide field of view refractive eyepiece-type optical form | |
| CN110488394B (en) | Long-wave infrared composite optical system | |
| CN107479171B (en) | Long-wave infrared zoom lens | |
| CN106124063B (en) | Ultra-large-field-of-view long-wave infrared optical athermalization temperature measurement lens and manufacturing method thereof | |
| JPH07253534A (en) | Dynamic aberration correction equipment for conformal window | |
| RU2642173C1 (en) | Athermalised wideangle lens for ir spectral region | |
| CN104049343B (en) | Compact double-view field medium-wave infrared disappear heat difference camera lens | |
| CN112180572B (en) | Refrigeration type medium wave infrared athermal optical lens | |
| CN104820274A (en) | Optical athermalization long-wave infrared lens capable of being coated with DLC film | |
| SE453694B (en) | NON-FOCUSING REFRACTOR TELESCOPE | |
| RU2365952C1 (en) | Infrared objective | |
| CN110632738B (en) | Large-caliber long-wave infrared optical system | |
| RU2629890C1 (en) | Infrared lens with passive thermalization | |
| RU2613483C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectrum | |
| RU2594957C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectrum | |
| CN106405800B (en) | LONG WAVE INFRARED 5mm PASSIVE OPTICAL athermal lens | |
| CN207611190U (en) | Portable wide angle optical is without thermalization LONG WAVE INFRARED optical system and lens construction | |
| RU2618590C1 (en) | Athermalised lens for ir spectrum area | |
| CN110703415B (en) | Athermal star sensor optical system with stable focal length | |
| RU2594955C1 (en) | Telescopic lens for infrared spectrum | |
| RU2620202C1 (en) | Lens for infrared spectral area | |
| RU2645446C1 (en) | Three-linear americanized camera lens for the ir-region of the spectrum | |
| CN206532013U (en) | Big target surface high-precision optical is without thermalization thermometric camera lens | |
| RU2643707C1 (en) | Infrared three-lens objective | |
| CN106291881B (en) | A kind of linear array static state infrared earth sensor optical system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181217 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200909 |