RU2594957C1 - Athermalised lens for infrared spectrum - Google Patents
Athermalised lens for infrared spectrum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594957C1 RU2594957C1 RU2015124951/28A RU2015124951A RU2594957C1 RU 2594957 C1 RU2594957 C1 RU 2594957C1 RU 2015124951/28 A RU2015124951/28 A RU 2015124951/28A RU 2015124951 A RU2015124951 A RU 2015124951A RU 2594957 C1 RU2594957 C1 RU 2594957C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- meniscus
- image plane
- concave surface
- germanium
- Prior art date
Links
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 title 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 34
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 13
- 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 9
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims description 6
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 9
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 235000009529 zinc sulphate Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000011686 zinc sulphate Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
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.
В настоящее время большая часть существующих наблюдательных инфракрасных оптических приборов проектируется для работы в диапазонах 3-5 мкм и 8-12 мкм, соответствующих «окнам» прозрачности атмосферы.Currently, most of the existing observational infrared optical devices are designed to operate in the ranges of 3-5 microns and 8-12 microns, corresponding to the "windows" of transparency of the atmosphere.
Объективы для ИК-области спектра изготавливают в основном из монокристаллического германия или кремния, а также из других материалов, прозрачных в указанных областях спектра. Эти материалы, особенно германий, имеют значительное изменение показателя преломления от температуры, что вызывает дефокусировку изображения объектива. Это приводит к существенному снижению качества изображения, особенно в температурном диапазоне от минус 40°С до +50°С.IR lenses are made mainly from single-crystal germanium or silicon, as well as from other materials transparent in these spectral regions. These materials, especially germanium, have a significant change in the refractive index from temperature, which causes the lens image to defocus. This leads to a significant decrease in image quality, especially in the temperature range from minus 40 ° C to + 50 ° C.
Другим важным фактором, влияющим на расчет и конструирование объектива, является условие его применения: температура воздуха и влажность. Так, например, применение объектива на беспилотном летательном аппарате приведет к скачкообразному изменению температуры в условиях переменной влажности. В связи с этим предъявляются особые требования к просветляющему покрытию на первой (внешней) поверхности объектива в отношении механической, термической и влаго- прочности.Another important factor influencing the design and construction of the lens is the condition for its use: air temperature and humidity. So, for example, the use of the lens on an unmanned aerial vehicle will lead to an abrupt change in temperature in conditions of variable humidity. In this regard, special requirements are imposed on the antireflection coating on the first (external) surface of the lens with respect to mechanical, thermal and moisture resistance.
В настоящее время такие покрытия освоены и называются алмазоподобными, однако могут быть нанесены и эффективно работать только на одном инфракрасном оптическом материале - германии.Currently, such coatings are mastered and are called diamond-like, but they can be applied and work effectively on only one infrared optical material - Germany.
Известен объектив для ИК-области спектра 8-12 мкм по патенту США №4679891 от 03.07.1985 г., МПК G02F 1/02, G02B 9/12, G02B 9/34. Объектив содержит четыре компонента, из которых первый - двояковыпуклая линза, выполненная из селенида цинка (ZnSe), второй - двояковогнутая линза, выполненная из сульфата цинка (ZnS), третий - отрицательный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненный из германия, четвертый - положительный мениск, обращенный вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненный из германия.A well-known 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°. Объектив атермализован, т.е. имеет неизменное качество изображения в температурном диапазоне от минус 40°С до +50°С. Все компоненты и сам объектив неподвижны.The design parameters of the lens (option III): focal length 100 mm; relative aperture 1: 1.6; field of view ± 4.5 °. The lens is athermalized, i.e. It has constant image quality in the temperature range from
Проведенный нами расчет данного объектива для указанных параметров объектива и для параметров, приведенных к параметрам заявляемого объектива (фокусное расстояние 75 мм; относительное отверстие 1:1,25; поле зрения 6°×8°), показал, что указанный объектив имеет следующий недостаток: низкое качество изображения по полю зрения. Кроме того, контраст изображения на краю поля зрения снижается на 50% по отношению к осевой точке поля зрения. Контраст изображения в температурном диапазоне от минус 40°С до +50°С в центре поля зрения при частоте 20 мм-1 равен 0,6, а по краю поля зрения - 0,3. Кроме того, поскольку первая линза объектива выполнена из селенида цинка, то для обеспечения надежной работы объектива в жестком температурном режиме необходимо применение защитного окна, выполненного из германия для использования алмазоподобного покрытия, Это приведет к снижению пропускания объектива и увеличению его массы.Our calculation of this lens for the specified parameters of the lens and for the parameters reduced to the parameters of the claimed lens (focal length 75 mm; relative aperture 1: 1.25; field of view 6 ° × 8 °) showed that this lens has the following disadvantage: low image quality by field of view. In addition, the image contrast at the edge of the field of view is reduced by 50% with respect to the axial point of the field of view. The image contrast in the temperature range from
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом - является объектив для ИК-области спектра 8-12 мкм по патенту РФ №2538423 от 08.10.2013 г., МПК G02B 9/38, G02B 11/22, G02B 13/14. Объектив содержит размещенные в корпусе четыре мениска, первый из которых - положительный, выполнен из бескислородного стекла ИКС-25 и обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений, второй - отрицательный, выполнен из селенида цинка и обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений, третий - отрицательный, выполнен из германия и обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений, четвертый - положительный, выполнен из германия и обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений. Между относительными оптическими силами менисков 1, 2, 3, 4 имеются следующие соотношения:The closest in technical essence to the claimed one - the prototype - is a lens for the IR region of the spectrum of 8-12 microns according to the patent of the Russian Federation No. 2538423 of 08/10/2013, IPC G02B 9/38, G02B 11/22, G02B 13/14. The lens contains four menisci located in the housing, the first of which is positive, made of oxygen-free IKS-25 glass and faces with a concave surface to the image plane, the second is negative, is made of zinc selenide and faces with a concave surface, and the third is negative, made from Germany and facing a concave surface to the image plane, the fourth is positive, made of germanium and facing a concave surface to the image plane. Between the relative optical forces of
φ1:φ2:φ3:φ4=(0.72÷0.85):-(1.28÷1.76):-(3.00÷6.00):(0.79÷0.92),φ 1 : φ 2 : φ 3 : φ 4 = (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.where φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 are the relative optical forces of the first, second, third, and fourth menisci, respectively.
При фокусном расстоянии 75 мм и относительном отверстии 1:1,25 объектив обладает высоким качеством изображения в температурном диапазоне от минус 40°С до +50°С по всему полю зрения.With a focal length of 75 mm and a relative aperture of 1: 1.25, the lens has high image quality in the temperature range from
Недостаток объектива заключается в том, что он не обладает требуемой стойкостью к воздействию внешних условий (температура, влажность), т.к. на первой (внешней) поверхности объектива невозможно выполнить алмазоподобное просветляющее покрытие в связи с тем, что первая линза выполнена из материала ИКС-25. Существующее просветляющее покрытие на ИКС-25 имеет вторую группу прочности. При воздействии внешних условий (температура, влажность) происходит отслоение покрытия. Это приводит к необходимости установки перед объективом защитного стекла из германия, на которое наносят алмазоподобное просветляющее покрытие, что, в свою очередь, приводит к уменьшению пропускания и увеличению продольных габаритов и массы системы: объектив и защитное стекло.The disadvantage of the lens is that it does not have the required resistance to external conditions (temperature, humidity), because it is impossible to make a diamond-like antireflection coating on the first (outer) surface of the lens due to the fact that the first lens is made of IKS-25 material. The existing antireflection coating on IKS-25 has a second strength group. Under the influence of external conditions (temperature, humidity), the coating peels off. This leads to the need to install a protective glass made of germanium in front of the lens, on which a diamond-like antireflection coating is applied, which, in turn, leads to a decrease in transmission and an increase in the longitudinal dimensions and mass of the system: the lens and protective glass.
Задачей изобретения является создание атермализованного объектива, качество изображения которого не зависит от изменения температуры окружающей среды, с достижением следующего технического результата: обеспечение стойкости к воздействию внешних условий (температура, влажность), а следовательно, исключение необходимости установки перед объективом защитного стекла, снижающего пропускание и увеличивающего продольные габариты и массу оптической системы объектива.The objective of the invention is to create an athermalized lens, the image quality of which does not depend on changes in ambient temperature, with the achievement of the following technical result: ensuring resistance to external conditions (temperature, humidity), and therefore, eliminating the need to install a protective glass in front of the lens that reduces transmission and increasing the longitudinal dimensions and mass of the optical system of the lens.
Указанный технический результат достигается следующим образом. Атермализованный объектив для ИК-области спектра, как и прототип, содержит закрепленные в корпусе четыре компонента, третий из которых - отрицательный мениск, а четвертый - положительный мениск, выполненный из германия, причем упомянутые мениски обращены вогнутыми поверхностями к плоскости изображений. В отличие от прототипа первый компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненного из германия, а второй - в виде положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений, выполненного из бескислородного стекла ИКС-25, третий мениск выполнен из селенида цинка или сульфата цинка, причем на первую поверхность первого мениска нанесено алмазоподобное просветляющее покрытие, при этом между относительными оптическими силами менисков имеют место следующие соотношения:The specified technical result is achieved as follows. The thermalized lens for the infrared region of the spectrum, like the prototype, contains four components fixed in the housing, the third of which is the negative meniscus, and the fourth is the positive meniscus made of germany, the menisci being turned with concave surfaces to the image plane. Unlike the prototype, the first component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the image plane made of germanium, and the second is in the form of a positive meniscus facing a concave surface to the image plane made of oxygen-free IKS-25 glass, the third meniscus is made of zinc selenide or zinc sulfate, moreover, a diamond-like antireflective coating is deposited on the first surface of the first meniscus, while there are clumps between the relative optical forces of the menisci traveling ratios:
φ1:φ2:φ3:φ4=-(0,11÷0,23):(1,44÷1,70):-(0,68÷0,92):(1,04÷1,21),φ 1 : φ 2 : φ 3 : φ 4 = - (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.where φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 are the relative optical forces of the first, second, third, and fourth menisci, respectively.
Поскольку первый мениск выполнен из германия и на его внешнюю поверхность нанесено алмазоподобное просветляющее покрытие, первый мениск выполняет функцию защитного элемента объектива. Такой объектив можно использовать без защитного стекла, снижающего его пропускание и увеличивающего габариты и массу.Since the first meniscus is made of germanium and a diamond-like antireflective coating is applied to its outer surface, the first meniscus acts as a protective element for the lens. Such a lens can be used without a protective glass, which reduces its transmission and increases the size and weight.
В спектральной области 8-12 мкм дисперсия германия очень мала, поэтому первый мениск является корректором монохроматических аберраций объектива.In the spectral region of 8-12 μm, the dispersion of germanium is very small, so the first meniscus is a corrector for the monochromatic aberrations of the lens.
В подавляющем большинстве объективов, работающих в спектральной области 8-12 мкм, первой линзой объектива является положительный германиевый мениск, который вносит основной вклад в изменение фокусного расстояния при изменении температуры (Г.Г. Слюсарев "Методы расчета оптических систем", Маш., Л., 1969). Следствием этого является необходимость активной атермализации за счет подвижки всего объектива или его отдельных компонентов. Это подразумевает наличие двигателя, редуктора и источника питания, что усложняет конструкцию объектива.In the vast majority of lenses operating in the spectral region of 8-12 μm, the first lens of the lens is a positive germanium meniscus, which makes the main contribution to the change in focal length with temperature (G.G.Slyusarev "Methods for calculating optical systems", Mash., L ., 1969). The consequence of this is the need for active athermalization due to the movement of the entire lens or its individual components. This implies the presence of an engine, gearbox and power source, which complicates the design of the lens.
В предлагаемом объективе первый мениск имеет слабую отрицательную силу и работает в противоположном направлении, т.е. как корректор термооптических аберраций последующих компонентов объектива.In the proposed lens, the first meniscus has a weak negative force and works in the opposite direction, i.e. as a corrector of thermo-optical aberrations of subsequent lens components.
Для обеспечения атермализации в диапазоне температур от минус 40°С до +50°С выполнение первого мениска из германия повлекло изменение формы первого, второго и третьего менисков и материала второго и третьего менисков.To ensure athermalization in the temperature range from
Материал второго, третьего и четвертого менисков объектива выбран таким образом, чтобы компенсировать хроматические аберрации. В качестве материала третьего мениска выбраны селенид цинка или сульфат цинка. Использование сульфата цинка, известного как керамика оптическая КО-2 ОСТ3-1652-73, дает лучшие результаты по ахроматизации объектива, но меньшее пропускание в соответствии с упомянутым стандартом.The material of the second, third and fourth menisci of the lens is selected so as to compensate for chromatic aberration. As the material of the third meniscus, zinc selenide or zinc sulfate was chosen. The use of zinc sulfate, known as optical ceramics KO-2 OST3-1652-73, gives better results on achromatization of the lens, but less transmission in accordance with the mentioned standard.
Пример конкретной реализации атермализованного объектива показан на чертежах.An example of a specific implementation of an athermalized 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 приведена функция рассеяния точки.In FIG. Figure 2 shows the point scattering function.
На фиг. 3 приведены контраст изображения и функция концентрации энергии при работе объектива во всем температурном диапазоне.In FIG. Figure 3 shows the contrast of the image and the function of energy concentration during lens operation over the entire temperature range.
Атермализованный объектив для ИК-области спектра (фиг. 1) содержит четыре мениска. Мениск 1 - отрицательный, выполнен из германия. Мениск 2 - положительный, выполнен из бескислородного стекла ИКС-25. Мениск 3 - отрицательный, выполнен из селенида цинка. Мениск 4 - положительный, выполнен из германия. Все мениски обращены вогнутой поверхностью к плоскости изображения 5. На первой поверхности мениска 1 (внешней поверхности объектива) нанесено алмазоподобное просветляющее покрытие, например покрытие DLC фирмы IZOVAC (Беларусь).The thermalized lens for the infrared region of the spectrum (Fig. 1) contains four meniscus. Meniscus 1 - negative, made of germanium. Meniscus 2 - positive, made of oxygen-free glass IKS-25. Meniscus 3 - negative, made of zinc selenide. Meniscus 4 - positive, made of Germany. All menisci face with a concave surface to the
В таблице 1 приведены характеристики атермализованного объектива, рассматриваемого в качестве примера реализации. Входной зрачок объектива расположен на его первой поверхности.Table 1 shows the characteristics of an athermalized lens, considered as an example of implementation. The entrance pupil of the lens is located on its first surface.
В таблице 2 приведены оптические характеристики объектива.Table 2 shows the optical characteristics of the lens.
Конструктивные элементы объектива, указанные в таблице 1, обеспечивают следующие соотношения между относительными оптическими силами φ1, φ2, φ3, φ4 менисков 1-4: φ1:φ2:φ3:φ4=-0,177:1,538:-0,751:1,1,The lens design elements shown in Table 1 provide the following relationships between the relative optical powers φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 of menisci 1-4: φ 1 : φ 2 : φ 3 : φ 4 = -0.177: 1.538: - 0.751: 1.1,
где: φ1=f′/f′1, φ2=f′/f′2, φ3=f′/f′3, φ4=f′/f′4;where: φ 1 = f ′ / f ′ 1 , φ 2 = f ′ / f ′ 2 , φ 3 = f ′ / f ′ 3 , φ 4 = f ′ / f ′ 4 ;
f′ - эквивалентное фокусное расстояние объектива;f ′ is the equivalent focal length of the lens;
f′1, f′2, f′3, f′4 - фокусные расстояния соответственно менисков 1, 2, 3 и 4.f ′ 1 , f ′ 2 , f ′ 3 , f ′ 4 are the focal lengths of
Атермализованный объектив работает следующим образом. Пучки лучей от предмета (показан осевой пучок лучей) последовательно проходят через мениски 1, 2, 3, 4 и строят изображение в плоскости изображения 5.A thermalized lens works as follows. Beams of rays from an object (an axial beam of rays is shown) sequentially pass through
При расчете объектива учитывались следующие факторы.When calculating the lens, the following factors were taken into account.
1. Зависимость показателя преломления от температуры.1. The temperature dependence of the refractive index.
2. Расширение и сжатие материала менисков при изменении температуры, что, в свою очередь, приводит к изменению радиусов и толщин линз.2. The expansion and contraction of the meniscus material with a change in temperature, which, in turn, leads to a change in the radii and thicknesses of the lenses.
3. Изменение расстояния между элементами в результате расширения и сжатия материала оправ и корпуса объектива.3. Change in the distance between the elements as a result of expansion and contraction of the material of the frames and the lens body.
В качестве материала корпуса использован традиционно используемый алюминиевый сплав с температурным коэффициентом расширения (ТСЕ), равным 22×10-6. Показатели преломления выбранных материалов, коэффициенты линейного расширения и зависимость показателя преломления от температуры (dn/dt) выбирались из отечественных стандартов, в связи с чем в программе ZEMAX был создан дополнительный каталог стекол, т.к. стекло ИКС-25 в ней отсутствует.A traditionally used aluminum alloy with a temperature coefficient of expansion (TCE) of 22 × 10 -6 was used as the body material. The refractive indices of the selected materials, linear expansion coefficients and the temperature dependence of the refractive index (dn / dt) were selected from domestic standards, and therefore an additional catalog of glasses was created in the ZEMAX program, because IKS-25 glass is absent in it.
Основные характеристики материалов менисков представлены в таблице 3.The main characteristics of the meniscus materials are presented in table 3.
Для расчета предлагаемого объектива в температурном диапазоне от минус 40°С до +50°С 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 минус 40°С до +50°С. При оптимизации использованы коэффициенты линейного расширения материалов для ИК-области спектра (ТСЕ) и коэффициент изменения показателя преломления с температурой (dn/dt), представленные в таблице 3.To calculate the proposed lens in the temperature range from minus 40 ° С to + 50 ° С, 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 minus 40 ° С to + 50 ° С. For optimization, we used the linear expansion coefficients of materials for the IR spectral region (TCE) and the coefficient of change of the refractive index with temperature (dn / dt), presented in Table 3.
Рассмотрим характеристики качества изображения объектива, а именно функцию рассеяния точки (ФРТ), 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).Let us consider the characteristics of the image quality of the lens, namely, the point scattering function (PSF), which clearly demonstrates the topology of scattering spots in the geometric approximation (Fig. 2), image contrast (TFC) and the energy concentration function (PFC), which allows to determine the diffraction scattering circle (Fig. . 3).
На фиг. 2 в первой колонке дана топология кружков рассеяния для 20°С, во второй колонке - для минус 40°С, а в третьей - для 50°С. 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 6,3°×8,3°. Размер квадрата составляет 100 мкм. Кроме того, на каждое пятно рассеяния впечатан дифракционный (безаберрационный) кружок Эйри, составляющий в диаметре 32,3 мкм для относительного отверстия 1:1,25. В этом кружке сосредоточено 83,4% энергии.In FIG. 2 in the first column gives the topology of the scattering circles for 20 ° C, in the second column for minus 40 ° C, and in the third for 50 ° C. The first line contains scattering circles for the axial point of the field of view, the second for the zone, and the third for the edge of the field of view, i.e. 6.3 ° × 8.3 ° diagonal. The square size is 100 microns. In addition, a diffraction (non-aberrational) Airy circle, 32.3 μm in diameter for a relative aperture of 1: 1.25, is imprinted on each scattering spot. This circle contains 83.4% of energy.
На фиг. 3 слева дан контраст изображения на частоте 20 мм-1, а справа - функция концентрации энергии для всего температурного диапазона. Значения температур напечатаны в поле соответствующих графиков.In FIG. Figure 3 on the left shows the contrast of the image at a frequency of 20 mm -1 , and on the right - the function of energy concentration for the entire temperature range. The temperature values are printed in the field of the corresponding graphs.
Как видно из фиг. 3, качество изображения объектива высокое, близкое к дифракционному. Размер элемента матрицы Q составляет: Q=0,025×0,025 мм. Для инфракрасных объективов необходимо, чтобы в размере пикселя матрицы значение концентрации энергии составляло не менее 80%. Для тепловизоров, формирующих изображение, необходимо, чтобы значение контраста изображения синусоидальной миры на частоте Найквиста v=1/2Q=20 мм-1 было не менее 0,6. Из фиг. 3 видно, что контраст изображения для осевой точки поля зрения приближается к 0,7, а для края поля зрения он равен 0,6.As can be seen from FIG. 3, the image quality of the lens is high, close to diffraction. The size of the matrix element Q is: Q = 0.025 × 0.025 mm. For infrared lenses, the energy density should be at least 80% in the matrix pixel size. For imaging cameras, it is necessary that the value of the image contrast of the sinusoidal world at the Nyquist frequency v = 1 / 2Q = 20 mm -1 be at least 0.6. From FIG. Figure 3 shows that the image contrast for the axial point of the field of view approaches 0.7, and for the edge of the field of view it is 0.6.
Детальное рассмотрение графиков ФКЭ на фиг. 3 позволило определить диаметр кружков рассеяния при 80% концентрации энергии, величины которых впечатаны в верхней части квадратов на фиг. 2. Рассмотрение этих величин позволяет сделать вывод, что предлагаемый объектив имеет дифракционное качество изображения в диапазоне температур от минус 40°С до +50°С.A detailed review of the FCE graphs in FIG. 3 made it possible to determine the diameter of the scattering circles at 80% energy concentration, the values of which are imprinted in the upper part of the squares in FIG. 2. Consideration of these values allows us to conclude that the proposed lens has diffractive image quality in the temperature range from minus 40 ° 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 of the claimed ranges.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает стойкость объектива к воздействию внешних условий (температура, влажность), а следовательно, исключает необходимость установки перед объективом защитного стекла, что в результате повысит пропускание и уменьшит продольные габариты и массу оптической системы объектива.Thus, the present invention provides the resistance of the lens to environmental conditions (temperature, humidity), and therefore, eliminates the need to install a protective glass in front of the lens, which will increase transmission and reduce the longitudinal dimensions and weight of the optical system of the lens.
Claims (1)
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. An infrared lens for the infrared region of the spectrum containing four components fixed in the housing, the third of which is a negative meniscus and the fourth is a positive meniscus made of germany, the menisci being turned with concave surfaces to the image plane, characterized in that the first component is made in the form of a negative meniscus facing a concave surface to the image plane made of germanium, and the second in the form of a positive meniscus facing a concave surface to a plane of these images made of oxygen-free glass IKS-25, the third meniscus is made of zinc selenide or zinc sulfate, and on the first surface of the first meniscus a diamond-like antireflective coating is applied, with the following ratios:
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 of the first, second, third, and fourth menisci, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124951/28A RU2594957C1 (en) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Athermalised lens for infrared spectrum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124951/28A RU2594957C1 (en) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Athermalised lens for infrared spectrum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2594957C1 true RU2594957C1 (en) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015124951/28A RU2594957C1 (en) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Athermalised lens for infrared spectrum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2594957C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642173C1 (en) * | 2016-12-16 | 2018-01-24 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" (АО "НПЗ") | Athermalised wideangle lens for ir spectral region |
| RU2650743C1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-04-17 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Wide-angle infrared lens |
| CN108681032A (en) * | 2018-05-07 | 2018-10-19 | 南京波长光电科技股份有限公司 | A kind of large format LONG WAVE INFRARED PASSIVE OPTICAL athermal fish eye lens |
| RU2853472C1 (en) * | 2025-10-02 | 2025-12-23 | Акционерное общество "Мостком" | Athermal three-lens objective |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120147483A1 (en) * | 2010-06-24 | 2012-06-14 | Mark Oskotsky | Wide field athermalized orthoscopic lens system |
| UA81919U (en) * | 2013-02-15 | 2013-07-10 | Олег Константинович Кучеренко | Athermalized four-component lens for infrared spectrum |
| UA88915U (en) * | 2013-09-05 | 2014-04-10 | Національний Технічний Університет України "Київський Політехнічний Інститут" | Athermalized four-component lens for infrared spectrum |
| RU140705U1 (en) * | 2013-12-11 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Швабе - Приборы" | LENS FOR IR SPECTRUM |
| RU2538423C1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Швабе-Приборы" | Athermalised lens for infrared spectral region |
-
2015
- 2015-06-24 RU RU2015124951/28A patent/RU2594957C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120147483A1 (en) * | 2010-06-24 | 2012-06-14 | Mark Oskotsky | Wide field athermalized orthoscopic lens system |
| UA81919U (en) * | 2013-02-15 | 2013-07-10 | Олег Константинович Кучеренко | Athermalized four-component lens for infrared spectrum |
| UA88915U (en) * | 2013-09-05 | 2014-04-10 | Національний Технічний Університет України "Київський Політехнічний Інститут" | 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 |
| RU140705U1 (en) * | 2013-12-11 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Швабе - Приборы" | LENS FOR IR SPECTRUM |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642173C1 (en) * | 2016-12-16 | 2018-01-24 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" (АО "НПЗ") | Athermalised wideangle lens for ir spectral region |
| RU2650743C1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-04-17 | Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" | Wide-angle infrared lens |
| CN108681032A (en) * | 2018-05-07 | 2018-10-19 | 南京波长光电科技股份有限公司 | A kind of large format LONG WAVE INFRARED PASSIVE OPTICAL athermal fish eye lens |
| CN108681032B (en) * | 2018-05-07 | 2023-10-20 | 南京波长光电科技股份有限公司 | Large-breadth long-wave infrared optical passive athermal fisheye lens |
| RU2853472C1 (en) * | 2025-10-02 | 2025-12-23 | Акционерное общество "Мостком" | Athermal three-lens objective |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102776263B1 (en) | Optical system | |
| RU2538423C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectral region | |
| KR101070991B1 (en) | Fisheye lens | |
| CN110632738B (en) | Large-caliber long-wave infrared optical system | |
| CN113325578B (en) | Optical system of photoelectric pod | |
| RU2594957C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectrum | |
| RU2642173C1 (en) | Athermalised wideangle lens for ir spectral region | |
| KR20190096680A (en) | Optical Imaging System | |
| KR102067455B1 (en) | Optical Imaging System | |
| US11202020B2 (en) | Lens system for a camera objective, camera objective and method for producing a lens system | |
| RU2613483C1 (en) | Athermalised lens for infrared spectrum | |
| RU2629890C1 (en) | Infrared lens with passive thermalization | |
| JP7703936B2 (en) | Infrared imaging lens | |
| KR101868098B1 (en) | Zoom Lens Optical System Using Hybrid Lens | |
| RU193226U1 (en) | ATHERMALIZED LENS FOR THE INFRARED SPECTRUM | |
| RU2645446C1 (en) | Three-linear americanized camera lens for the ir-region of the spectrum | |
| JP2737272B2 (en) | Variable power optical system for infrared | |
| RU2348059C1 (en) | Large-aperture lens | |
| RU2618590C1 (en) | Athermalised lens for ir spectrum area | |
| RU2594955C1 (en) | Telescopic lens for infrared spectrum | |
| GB2531726A (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
| RU2620202C1 (en) | Lens for infrared spectral area | |
| RU2629888C1 (en) | High-aperture lens for infrared spectrum region | |
| RU2583338C1 (en) | Athermalised high-aperture infrared lens | |
| CN114252982A (en) | Thermal difference elimination infrared lens with focal length of 35mm, assembling method thereof and imaging method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20180220 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |