RU2714592C1 - High-power infrared system - Google Patents
High-power infrared system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714592C1 RU2714592C1 RU2019111312A RU2019111312A RU2714592C1 RU 2714592 C1 RU2714592 C1 RU 2714592C1 RU 2019111312 A RU2019111312 A RU 2019111312A RU 2019111312 A RU2019111312 A RU 2019111312A RU 2714592 C1 RU2714592 C1 RU 2714592C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lenses
- convex
- lens
- concave
- positive
- Prior art date
Links
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 abstract description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов на основе неохлаждаемых матричных фотоприемных устройств.The invention relates to infrared optical systems and can be used to create thermal imaging devices based on uncooled matrix photodetectors.
Известен светосильный объектив для дальнего инфракрасного диапазона спектра (см. патент RU 2187135 С2, МПК7 G02B 13/14, публ. 10.08.2002 г.) с фокусным расстоянием 148,39 мм и длиной L=160 мм, состоящий из трех германиевых линз. Объектив имеет и относительное отверстие 1:1,65 (диаметр входного зрачка D=90 мм), что является недостаточным для работы с неохлаждаемым фотоприемным устройством.Known fast lens for the far infrared spectrum (see patent RU 2187135 C2, IPC 7 G02B 13/14, publ. 08/10/2002) with a focal length of 148.39 mm and a length L = 160 mm, consisting of three germanium lenses . The lens also has a relative aperture of 1: 1.65 (entrance pupil diameter D = 90 mm), which is insufficient for working with an uncooled photodetector.
Также известен светосильный объектив для дальнего инфракрасного диапазона спектра (см. патент RU 2411555 С1, МПК7 G02B 13/14, публ. 10.02.2011 г.), состоящий из трех линз и имеющий фокусное расстояние системы 130 мм, длину 200 мм и относительное отверстие 1:1,08 (диаметр входного зрачка 120 мм). Недостатками являются малое фокусное расстояние, не обеспечивающее необходимого углового разрешения, и наличие асферической поверхности большого диаметра на входной линзе.Also known is a fast lens for the far infrared range of the spectrum (see patent RU 2411555 C1, IPC 7 G02B 13/14, publ. 02/10/2011), consisting of three lenses and having a focal length of the system 130 mm, length 200 mm and relative hole 1: 1.08 (entrance pupil diameter 120 mm). The disadvantages are the small focal length, which does not provide the necessary angular resolution, and the presence of a large diameter aspherical surface on the input lens.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является светосильная инфракрасная система, описанная в патенте RU 2586273 С1, МПК7 G02B 13/14 публ. 10.06.2016 г., состоящая из расположенных вдоль оптической оси одиночных линз, первая из которых положительная выпукло-вогнутая из германия, вторая - отрицательная выпукло-вогнутая из германия, третья - отрицательная выпукло-вогнутая из селенида цинка, четвертая - положительная выпукло-вогнутая из германия, и фотоприемного устройства. Система предназначена для работы в длинноволновом инфракрасном диапазоне спектра и имеет фокусное расстояние f=130 мм, длину от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства (ФПУ) L=173,4 мм и относительное отверстие 1:1,08 (диаметр входного зрачка D=120 мм). В указанной системе выполняются следующие соотношения: f'1/f'=0,8, f'2/f'=-1,3, f'3/f'=5,5, f'4/f'=0,7, d2/f'=0,15, d4/f'=0,15, d6/f'=0,15, где f'1, f'2, f'3, f'4 - фокусные расстояния линз объектива, d2, d4, d6 - расстояния между линзами. При работе со стандартным неохлаждаемым ФПУ, имеющим формат матрицы 640×512 с шагом элементов 17 мкм, угловое разрешение системы составляет α=2*17/f'=0,26 мрад.Closest to the technical nature of the claimed system adopted for the prototype is a fast infrared system described in patent RU 2586273 C1, IPC 7 G02B 13/14 publ. 06/10/2016, consisting of single lenses located along the optical axis, the first of which is convex-concave positive from Germany, the second is convex-concave negative from Germany, the third is zinc convex-concave from zinc selenide, and the fourth is convex-concave positive from Germany, and a photodetector. The system is designed to operate in the long-wave infrared range of the spectrum and has a focal length f = 130 mm, a length from the first surface to the plane of the sensitive elements of the photodetector (FPU) L = 173.4 mm, and a relative aperture of 1: 1.08 (entrance pupil diameter D = 120 mm). In the indicated system, the following relations are fulfilled: f ' 1 / f' = 0.8, f ' 2 / f' = - 1.3, f ' 3 / f' = 5.5, f ' 4 / f' = 0, 7, d 2 / f '= 0.15, d 4 / f' = 0.15, d 6 / f '= 0.15, where f' 1 , f ' 2 , f' 3 , f ' 4 are focal the distance of the lenses of the lens, d 2 , d 4 , d 6 - the distance between the lenses. When working with a standard uncooled FPU having a matrix format of 640 × 512 with an element pitch of 17 μm, the angular resolution of the system is α = 2 * 17 / f '= 0.26 mrad.
Системы, работающие с неохлаждаемыми фотоприемными устройствами, должны иметь относительное отверстие не менее 1:1,4, и оптимальные габаритные параметры, определяемые длиной от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов ФПУ, диаметром входной линзы и их соотношением L/D. Из перечисленных выше систем минимальной величиной этого соотношения обладает система-прототип, в которой она равна 1,45.Systems operating with uncooled photodetectors should have a relative aperture of at least 1: 1.4, and optimal overall parameters determined by the length from the first surface to the plane of the FPU sensitive elements, the diameter of the input lens and their L / D ratio. Of the above systems, the minimum value of this ratio has a prototype system in which it is 1.45.
Для повышения углового разрешения таких систем необходимо увеличение фокусного расстояния, что приведет к увеличению длины и диаметра входного зрачка с целью обеспечения необходимого относительного отверстия. Оптимальные габаритные параметры при этом могут быть достигнуты за счет минимизации величины соотношения между длиной и диаметром входного зрачка.To increase the angular resolution of such systems, it is necessary to increase the focal length, which will lead to an increase in the length and diameter of the entrance pupil in order to provide the necessary relative aperture. Optimum overall parameters can be achieved by minimizing the ratio between the length and diameter of the entrance pupil.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение углового разрешения светосильной инфракрасной системы за счет увеличения ее фокусного расстояния при уменьшении величины соотношения между длиной системы и диаметром входного зрачка.The problem to which the invention is directed, is to increase the angular resolution of the fast infrared system by increasing its focal length while decreasing the ratio between the length of the system and the diameter of the entrance pupil.
Указанная цель достигается тем, что в светосильной инфракрасной системе, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первой положительной и второй выпукло-вогнутых линз, выполненных из германия, третьей отрицательной выпукло-вогнутой линзы из селенида цинка, четвертой положительной выпукло-вогнутой линзы и фотоприемного устройства, вторая линза выполнена положительной асферической, а четвертая линза выполнена из селенида цинка, при этом выполняются следующие соотношения:This goal is achieved by the fact that in a fast infrared system consisting of the first positive and second convex-concave lenses made of germanium located along the optical axis, the third negative convex-concave lens of zinc selenide, the fourth positive convex-concave lens and a photodetector, the second lens is positive aspherical, and the fourth lens is made of zinc selenide, and the following relationships are true:
0,85≤f'1/f'≤1,15;0.85≤f ' 1 / f'≤1.15;
-0,27≤f'3/f'≤-0,13;-0.27≤f ' 3 / f'≤-0.13;
0,127≤f'4/f'≤0,27;0.127≤f ' 4 / f'≤0.27;
0,43≤d2/f'≤0,53;0.43≤d 2 / f'≤0.53;
0,16≤d4/f'≤0,22;0.16≤d 4 / f'≤0.22;
0,09≤d6/f'≤0,14;0.09≤d 6 / f'≤0.14;
где f'1, f'3 и f'4 - фокусные расстояния первой, третьей и четвертой линз системы; f' - фокусное расстояние системы; d2, d4, d6 - расстояния между линзами.where f ' 1 , f' 3 and f ' 4 are the focal lengths of the first, third and fourth lenses of the system; f 'is the focal length of the system; d 2 , d 4 , d 6 - the distance between the lenses.
На фигуре 1 представлена оптическая схема светосильной инфракрасной системы для фокусного расстояния f'=190 мм.The figure 1 presents the optical scheme of the fast infrared system for the focal length f '= 190 mm
На фигуре 2 представлены оптические схемы светосильной инфракрасной системы для f'=170 мм (а) и f'=210 мм (б), соответствующие предельным значениям указанных выше соотношений.The figure 2 presents the optical scheme of the fast infrared system for f '= 170 mm (a) and f' = 210 mm (b), corresponding to the limit values of the above ratios.
Светосильная инфракрасная система состоит из расположенных вдоль оптической оси первой положительной выпукло-вогнутой 1 и второй положительной асферической выпукло-вогнутой 2 линз, выполненных из германия, третьей отрицательной выпукло-вогнутой 3 и четвертой положительной выпукло-вогнутой 4 линз, выполненных из селенида цинка, и фотоприемного устройства 5.The fast infrared system consists of the first positive convex-concave 1 and second positive aspherical convex-concave 2 lenses made of germanium located along the optical axis, the third negative convex-concave 3 and fourth positive convex-concave 4 lenses made of zinc selenide, and
Для фокусных расстояний f'1, f'3 и f'4 первой 1, третьей 3 и четвертой 4 линз соответственно, фокусного расстояния системы f' и расстояний между линзами d2, d4, d6 выполняются следующие соотношения: 0,85≤f'1/f'≤1,15; -0,27≤f'3/f'≤-0,13; 0,127≤f'4/f'≤0,27; 0,43≤d2/f'≤0,53; 0,16≤d4/f'≤0,22; 0,09≤d6/f'≤0,14.For the focal lengths f ' 1 , f' 3 and f ' 4 of the first 1, third 3 and fourth 4 lenses, respectively, the focal length of the system f' and the distances between the lenses d 2 , d 4 , d 6 the following relations are true: 0.85≤ f ' 1 / f'≤1.15; -0.27≤f ' 3 / f'≤-0.13; 0.127≤f ' 4 / f'≤0.27; 0.43≤d 2 / f'≤0.53; 0.16≤d 4 / f'≤0.22; 0.09≤d 6 / f'≤0.14.
В таблицах 1-3 приведены конструктивные параметры примеров исполнения светосильной инфракрасной системы для фокусных расстояний 190 мм, 170 мм и 210 мм соответственноTables 1-3 show the design parameters of examples of the performance of a fast infrared system for focal lengths of 190 mm, 170 mm and 210 mm, respectively
В таблице 4 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе, для фокусных расстояний f'1, f'3 и f'4 первой 1, третьей 3 и четвертой 4 линз соответственно, фокусного расстояния системы f' и расстояний между линзами d2, d4, d6 для трех примеров исполнения, представленных в таблицах 1-3.Table 4 shows the relationships performed in the inventive system for the focal lengths f ' 1 , f' 3 and f ' 4 of the first 1, third 3 and fourth 4 lenses, respectively, the focal length of the system f' and the distances between the lenses d 2 , d 4 , d 6 for the three examples presented in tables 1-3.
Технические характеристики примеров исполнения светосильной инфракрасной системы приведены в таблице 5.Technical characteristics of examples of fast infrared systems are shown in table 5.
Как следует из таблицы 5 фокусное расстояние системы увеличено по сравнению с прототипом в 1,3 раза для фокусного расстояния 170 мм, в 1,45 раза для фокусного расстояния 190 мм и в 1,6 раза для фокусного расстояния 210 мм, что обеспечивает угловое разрешение 0,16-0,2 мрад, в то время как в прототипе оно составляет 0,26 мрад. Увеличение фокусного расстояния системы достигается выбором фокусных расстояний линз 1-4, их взаимным расположением в соответствии с приведенными в таблице 4 значениями и выбором материалов. В приведенных примерах диаметр входного зрачка составляет 150 мм, что обеспечивает относительное отверстие от 1:1,13 до 1:1,4. При этом величина соотношения L/D уменьшена до 1,27 (в прототипе L/D=1,45).As follows from table 5, the focal length of the system is increased in comparison with the prototype 1.3 times for the focal length of 170 mm, 1.45 times for the focal length of 190 mm and 1.6 times for the focal length of 210 mm, which provides angular resolution 0.16-0.2 mrad, while in the prototype it is 0.26 mrad. The increase in the focal length of the system is achieved by choosing the focal lengths of the lenses 1-4, their relative position in accordance with the values given in table 4 and the choice of materials. In the above examples, the diameter of the entrance pupil is 150 mm, which provides a relative aperture from 1: 1.13 to 1: 1.4. The value of the ratio L / D is reduced to 1.27 (in the prototype L / D = 1.45).
Светосильная инфракрасная система работает следующим образом: поток излучения проходит через линзы 1-4 системы, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами кривизны и материалами линз и фокусируется в плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства 5.The fast infrared system works as follows: the radiation flux passes through the lenses 1-4 of the system, refracted on each surface in accordance with the radii of curvature and lens materials and focuses in the plane of the sensitive elements of the
Таким образом, выполнение светосильной инфракрасной системы в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает увеличение фокусного расстояния при уменьшении величины соотношения между длиной системы и диаметром входного зрачка, что позволяет использовать ее при создании тепловизионных приборов с высоким угловым разрешением.Thus, the implementation of a fast infrared system in accordance with the proposed technical solution provides an increase in focal length while decreasing the ratio between the length of the system and the diameter of the entrance pupil, which allows it to be used to create thermal imaging devices with high angular resolution.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111312A RU2714592C1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | High-power infrared system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111312A RU2714592C1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | High-power infrared system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2714592C1 true RU2714592C1 (en) | 2020-02-18 |
Family
ID=69626092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111312A RU2714592C1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | High-power infrared system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2714592C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050117047A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-02 | Konica Minolta Opto, Inc. | Image pickup lens system |
| RU2604112C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Objective lens for infrared spectrum |
| RU2611100C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-02-21 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | High-aperture lens |
| RU2629890C1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-09-04 | Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" | Infrared lens with passive thermalization |
| RU2678957C1 (en) * | 2018-04-17 | 2019-02-04 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Wide-angle high-power infrared lens |
-
2019
- 2019-04-15 RU RU2019111312A patent/RU2714592C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050117047A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-02 | Konica Minolta Opto, Inc. | Image pickup lens system |
| RU2604112C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-10 | Акционерное общество "Швабе - Приборы" | Objective lens for infrared spectrum |
| RU2611100C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-02-21 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | High-aperture lens |
| RU2629890C1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-09-04 | Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" | Infrared lens with passive thermalization |
| RU2678957C1 (en) * | 2018-04-17 | 2019-02-04 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Wide-angle high-power infrared lens |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20220103673A (en) | Optical Imaging System | |
| US20230236391A1 (en) | Miniature wide-angle imaging lens | |
| JP2006525555A (en) | Compact wide-field imaging optical system | |
| CN110989150A (en) | Large-zoom-ratio optical passive semi-athermal zoom optical system | |
| CA2403583A1 (en) | Reflector telescope | |
| CN112596218B (en) | Large-depth-of-field infrared wavelength scanning lens | |
| RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
| RU190245U1 (en) | LIGHTFUL INFRARED SYSTEM | |
| JP2012501004A5 (en) | ||
| RU2714592C1 (en) | High-power infrared system | |
| CN110543001B (en) | Miniaturized large-zoom-ratio medium-wave refrigeration infrared continuous zooming optical system | |
| CN218122342U (en) | Laser ranging optical system | |
| CN211402911U (en) | Large-zoom-ratio optical passive semi-athermal zoom optical system | |
| RU2646405C1 (en) | Infrared mirror-lens system | |
| RU2629888C1 (en) | High-aperture lens for infrared spectrum region | |
| RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| JP7117611B2 (en) | Beam conversion optical system and light source device | |
| JPH08234097A (en) | Optical lens system | |
| RU182711U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR | |
| RU185562U1 (en) | TWO FIELDS OF VISION INFRARED SYSTEM | |
| CN108267849B (en) | Large-zoom-ratio remote zooming system and laser lighting system | |
| RU2663536C1 (en) | Variosystem for infrared region | |
| RU2746941C1 (en) | Optical system | |
| RU200618U1 (en) | OPTICAL SYSTEM | |
| RU2779740C1 (en) | Infrared lens |