RU2646405C1 - Infrared mirror-lens system - Google Patents
Infrared mirror-lens system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646405C1 RU2646405C1 RU2017115149A RU2017115149A RU2646405C1 RU 2646405 C1 RU2646405 C1 RU 2646405C1 RU 2017115149 A RU2017115149 A RU 2017115149A RU 2017115149 A RU2017115149 A RU 2017115149A RU 2646405 C1 RU2646405 C1 RU 2646405C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- convex
- concave
- component
- lens
- mirror
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 5
- 101000623895 Bos taurus Mucin-15 Proteins 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 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 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram 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
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения.The invention relates to optical instrumentation and can be used in thermal imaging devices based on cooled matrix radiation detectors.
Известна зеркально-линзовая система (см. патент US 7082001 B2, опубл. 25.07.2006 г., схема на фиг. 1), содержащая первый компонент, формирующий действительное промежуточное изображение и состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием и вогнуто-выпуклой линзы, причем ее вогнутая асферическая поверхность выполнена с отражающим покрытием и выполняет функцию вторичного зеркала, и второй компонент, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость чувствительных элементов приемника излучения. Во втором компоненте первая и вторая линзы вогнуто-выпуклые, третья - двояковыпуклая, четвертая - вогнуто-выпуклая и пятая - выпукло-вогнутая, причем третья линза выполнена асферо-дифракционной. В первом компоненте выпукло-вогнутая линза выполнена из германия, три линзы второго компонента выполнены из арсенида галлия, две - из селенида цинка. Фокусное расстояние системы f' не более 220 мм, угловое поле зрения 2ω=2,64°, спектральный диапазон работы 3,9…5 мкм.Known mirror-lens system (see patent US 7082001 B2, publ. July 25, 2006, the diagram in Fig. 1), containing the first component that forms a valid intermediate image and consisting of a main concave aspherical mirror with a Central hole and concave-convex the lens, and its concave aspherical surface is made with a reflective coating and acts as a secondary mirror, and the second component, which transfers the intermediate image to the plane of the sensitive elements of the radiation receiver. In the second component, the first and second lenses are concave-convex, the third is biconvex, the fourth is concave-convex, and the fifth is convex-concave, and the third lens is aspheric-diffractive. In the first component, the convex-concave lens is made of germanium, three lenses of the second component are made of gallium arsenide, two of zinc selenide. The focal length of the system f 'is not more than 220 mm, the angular field of view is 2ω = 2.64 °, the spectral range of work is 3.9 ... 5 microns.
Недостатками указанной системы являются небольшое значение фокусного расстояния и большое число линз во втором компоненте.The disadvantages of this system are the small value of the focal length and a large number of lenses in the second component.
Также известна зеркально-линзовая система (см. патент РФ 2355003 C1, МПК7 G02B 17/08, опубл. 10.05.2009 г.), содержащая первый компонент, состоящий из главного вогнутого асферического зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого асферического зеркала, компенсатора полевых аберраций, выполненного в виде положительной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка и второго компонента, содержащего вогнуто-выпуклую линзу из германия, двояковыпуклую линзу из кремния, две выпукло-вогнутые линзы из кремния и выпукло-вогнутую линзу из германия. Между первым и вторым компонентами формируется промежуточное изображение. Фокусное расстояние системы f'=379,6 мм; относительное отверстие 1:2,05; угловое поле зрения 2ω=1,8°, спектральный диапазон работы 3…5 мкм. Длина оптической системы от выпуклой поверхности вторичного зеркала до плоскости чувствительных элементов приемника излучения L=299,6 мм. Величина коэффициента телеукорочения системы составляет TL=L/f'=0,79.Also known is a mirror-lens system (see RF patent 2355003 C1, IPC 7 G02B 17/08, published May 10, 2009) containing the first component consisting of a main concave aspherical mirror with a central hole, a secondary convex aspherical mirror, a compensator field aberrations made in the form of a positive convex-concave lens of zinc selenide and a second component containing a concave-convex lens of germanium, a biconvex lens of silicon, two convex-concave lenses of silicon and a convex-concave lens of germanium. An intermediate image is formed between the first and second components. The focal length of the system f '= 379.6 mm; relative aperture 1: 2.05; angular field of view 2ω = 1.8 °, spectral range of
К недостаткам системы можно отнести большое число линз во втором компоненте, а также большое значение коэффициента телеукорочения.The disadvantages of the system include a large number of lenses in the second component, as well as the large value of the tele-shortening coefficient.
Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности, выбранной в качестве прототипа, является зеркально-линзовая система (см. патент CN 104035188 A, МПК7 G02B 13/18, 13/14, 17/08, опубл. 09.10.2014 г.), состоящая из первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, главное асферическое зеркало с центральным отверстием и вторую плосковогнутую линзу, с отражающим покрытием на плоской поверхности, выполняющую функцию вторичного зеркала, и второго компонента, содержащего три линзы, из которых первая выполнена двояковогнутой, вторая - положительной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной выпукло-вогнутой. Первый компонент формирует промежуточное изображение, которое вторым компонентом переносится в плоскость чувствительных элементов охлаждаемого приемника излучения. Система предназначена для работы в спектральном диапазоне 3,7…4,8 мкм; фокусное расстояние f'=168 мм; относительное отверстие 1:2; коэффициент центрального экранирования 0,35; линейное поле зрения 9,6×7,68 мм (формат матрицы фотоприемного устройства 320×256, с шагом элементов 30 мкм).Closest to the claimed system in technical essence, selected as a prototype, is a mirror-lens system (see patent CN 104035188 A, IPC 7 G02B 13/18, 13/14, 17/08, publ. 09.10.2014) consisting of a first component containing a first positive convex-concave lens, a main aspherical mirror with a central hole and a second flat-concave lens, with a reflective coating on a flat surface, acting as a secondary mirror, and a second component containing three lenses, of which the first is biconcave , at oraya - positive concave-convex, and the third - a positive convex-concave. The first component forms an intermediate image, which is transferred by the second component to the plane of the sensitive elements of the cooled radiation receiver. The system is designed to operate in the spectral range of 3.7 ... 4.8 microns; focal length f '= 168 mm; relative aperture 1: 2; coefficient of central shielding 0.35; linear field of view 9.6 × 7.68 mm (matrix format of a photodetector 320 × 256, with a spacing of elements 30 μm).
Длина оптической системы от первой поверхности первой линзы до плоскости чувствительных элементов приемника излучения L=150 мм, причем существенный вклад вносит второй компонент, в котором расстояние вдоль оптической оси от первой поверхности первой линзы до последней поверхности третьей линзы не менее 50 мм. Величина коэффициента телеукорочения системы составляет TL=L/f'=0,9. При фокусном расстоянии f'=168 мм и размере чувствительного элемента 30 мкм элементарное угловое поле зрения системы составляет ωэ=30/f'=0,18 мрад.The length of the optical system from the first surface of the first lens to the plane of the sensitive elements of the radiation receiver is L = 150 mm, and the second component makes a significant contribution, in which the distance along the optical axis from the first surface of the first lens to the last surface of the third lens is at least 50 mm. The value of the tele-shortening coefficient of the system is T L = L / f '= 0.9. When the focal length f '= 168 mm and the size of the sensitive element is 30 μm, the elementary angular field of view of the system is ω e = 30 / f' = 0.18 mrad.
Недостатками прототипа являются большое значение коэффициента телеукорочения, а также элементарное угловое поле зрения системы, не обеспечивающее достаточное угловое разрешение.The disadvantages of the prototype are the large value of the telecirculation coefficient, as well as the elementary angular field of view of the system, which does not provide sufficient angular resolution.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение углового разрешения инфракрасной зеркально-линзовой системы при уменьшении коэффициента телеукорочения.The problem to which the invention is directed, is to increase the angular resolution of the infrared mirror-lens system while reducing the telecirculation coefficient.
Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасной зеркально-линзовой системе, состоящей из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, второго компонента, содержащего первую, вторую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, при этом между первым и вторым компонентами формируется действительное промежуточное изображение, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, в первом компоненте положительная линза выполнена вогнуто-выпуклой, причем ее выпуклая поверхность с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала, а во втором компоненте первая линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, а вторая - отрицательной выпукло-вогнутой.The problem is solved due to the fact that in the infrared mirror-lens system, consisting of the first component located along the rays of the first component containing the positive lens and the main concave aspherical mirror with a central hole, the second component containing the first, second and third positive convex-concave lenses while a real intermediate image is formed between the first and second components, and the radiation receiver with a cooled diaphragm, in the first component the positive lens is made a concavo-convex, with its convex surface with a reflective coating in the central zone performs the function of the secondary mirror, and the second component of the positive first lens is formed convex-concave, and the other - negative convex-concave.
На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной зеркально-линзовой системы.The figure 1 presents the optical scheme of the infrared mirror-lens system.
Система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента I, содержащего положительную вогнуто-выпуклую линзу 1, выпуклая поверхность которой с отражающим покрытием в центральной зоне выполняет функцию вторичного зеркала и главное вогнутое асферическое зеркало 2 с центральным отверстием, второго компонента II, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 3, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 4 и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 5, и приемника излучения 6 с охлаждаемой диафрагмой 7, при этом между первым I и вторым II компонентами формируется действительное промежуточное изображение.The system consists of the first component I located along the rays, containing a positive concave-convex lens 1, the convex surface of which with a reflective coating in the central zone acts as a secondary mirror and the main concave
В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемой инфракрасной зеркально-линзовой системы.Table 1 shows the technical characteristics of the inventive infrared mirror lens system.
В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемой системы.Table 2 shows the design parameters of an example of a specific implementation of the inventive system.
1), 2) - асферические поверхности. 1), 2) - aspherical surfaces.
В таблице 3 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе.Table 3 shows the ratios performed in the inventive system.
Инфракрасная зеркально-линзовая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта периферийно по кольцу проходит через линзу 1 первого компонента I, затем, отразившись от вогнутой поверхности главного зеркала 2, попадет на центральную часть выпуклой поверхности линзы 1, отражается от нее и фокусируется в плоскости действительного промежуточного изображения, после чего формируемое в этой плоскости изображение линзами 3, 4, 5 второго компонента II переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 6. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 7 приемника излучения 6.The infrared mirror-lens system works as follows: the radiation from an infinitely distant object peripherally through the ring passes through the lens 1 of the first component I, then, reflected from the concave surface of the
Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние заявляемой системы f'=560 мм, длина L=356,3 мм, коэффициент телеукорочения системы составляет TL=L/f'=0,635, что меньше, чем в прототипе в 1,4 раза. Уменьшение коэффициента телеукорочения обеспечивается выполнением для компонентов системы соотношений, приведенных в таблице 3, а также выбором более компактной конструкции второго компонента II, в котором расстояние от первой поверхности первой линзы 3 до последней поверхности третьей линзы 5 составляет 25 мм (см. табл. 2).As follows from table 1, the focal length of the claimed system f '= 560 mm, length L = 356.3 mm, the tele-shortening coefficient of the system is T L = L / f' = 0.635, which is 1.4 times less than in the prototype. The reduction of the telecirculation coefficient is ensured by fulfilling the ratios for the system components shown in Table 3, as well as by choosing a more compact construction of the second component II, in which the distance from the first surface of the
В заявляемой системе элементарное угловое поле зрения для размера чувствительного элемента, схожего с прототипом, составляет ωэ=30/f'=0,053 мрад, что меньше чем в прототипе в 3,4 раза.In the claimed system, the elementary angular field of view for the size of the sensitive element similar to the prototype is ω e = 30 / f '= 0.053 mrad, which is 3.4 times less than in the prototype.
Таким образом, выполнение инфракрасной зеркально-линзовой системы в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить угловое разрешение, обеспечив при этом уменьшение коэффициента телеукорочения.Thus, the implementation of the infrared mirror-lens system in accordance with the proposed technical solution allows to increase the angular resolution, while ensuring a decrease in the tele-shortening coefficient.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017115149A RU2646405C1 (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Infrared mirror-lens system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017115149A RU2646405C1 (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Infrared mirror-lens system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2646405C1 true RU2646405C1 (en) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017115149A RU2646405C1 (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Infrared mirror-lens system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2646405C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116699827A (en) * | 2023-07-19 | 2023-09-05 | 清华大学 | Optical system for medium-large caliber spectrum sky telescope |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4971428A (en) * | 1989-03-27 | 1990-11-20 | Lenzar Optics Corporation | Catadioptric zoom lens |
| RU2093870C1 (en) * | 1996-01-29 | 1997-10-20 | Акционерное общество открытого типа "Красногорский завод им.С.А.Зверева" | Telescopic system for infra-bed radiation (variants) |
| US20050225881A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Vizgaitis Jay N | Dual mode mirror imaging system |
| CN104035188A (en) * | 2014-06-10 | 2014-09-10 | 西南技术物理研究所 | Low-cost refracting-reflecting athermalizing medium wave infrared lens |
| RU2570055C1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Infrared catadioptric lens |
-
2017
- 2017-04-27 RU RU2017115149A patent/RU2646405C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4971428A (en) * | 1989-03-27 | 1990-11-20 | Lenzar Optics Corporation | Catadioptric zoom lens |
| RU2093870C1 (en) * | 1996-01-29 | 1997-10-20 | Акционерное общество открытого типа "Красногорский завод им.С.А.Зверева" | Telescopic system for infra-bed radiation (variants) |
| US20050225881A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Vizgaitis Jay N | Dual mode mirror imaging system |
| CN104035188A (en) * | 2014-06-10 | 2014-09-10 | 西南技术物理研究所 | Low-cost refracting-reflecting athermalizing medium wave infrared lens |
| RU2570055C1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Infrared catadioptric lens |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116699827A (en) * | 2023-07-19 | 2023-09-05 | 清华大学 | Optical system for medium-large caliber spectrum sky telescope |
| CN116699827B (en) * | 2023-07-19 | 2023-10-03 | 清华大学 | Optical system for medium-large caliber spectrum sky telescope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPWO2014038541A1 (en) | Infrared imaging optical system | |
| CN115877353B (en) | Laser ranging's receipt ray apparatus system | |
| RU156006U1 (en) | ATHERMALIZED LENS FOR IR SPECTRUM | |
| RU2646405C1 (en) | Infrared mirror-lens system | |
| RU2570055C1 (en) | Infrared catadioptric lens | |
| US3002092A (en) | Optical system for infrared target tracking apparatus | |
| RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
| RU193226U1 (en) | ATHERMALIZED LENS FOR THE INFRARED SPECTRUM | |
| RU2606699C1 (en) | Two-channel optoelectronic system | |
| CN108345095B (en) | Optical structure of wide low-stray light all-day star tracker | |
| RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| RU174738U1 (en) | INFRARED MIRROR AND LENS SYSTEM | |
| RU170736U1 (en) | LIGHT LIGHT FOR INFRARED SPECTRUM | |
| KR101235579B1 (en) | Infrared microscope lens module | |
| RU182711U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR | |
| RU2718145C1 (en) | Fast infrared lens | |
| RU2621366C1 (en) | Compact lens of mid-infrared range | |
| RU2630031C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| RU190245U1 (en) | LIGHTFUL INFRARED SYSTEM | |
| Gebgart | Design features of some types of ultrawide-angle objectives | |
| RU178354U1 (en) | TWO-CHANNEL MIRROR AND LENS SYSTEM | |
| RU217680U1 (en) | TWO-CHANNEL MIRROR-LENSING SYSTEM | |
| RU2714592C1 (en) | High-power infrared system | |
| RU2624658C1 (en) | Infrared system with two vision fields | |
| RU2815391C1 (en) | Two-channel mirror lens system |