RU217209U1

RU217209U1 - LENS FOR SHORTWAVE INFRARED SPECTRUM

Info

Publication number: RU217209U1
Application number: RU2022132929U
Authority: RU
Inventors: Денис Юрьевич Васильев; Марина Юрьевна Воронько; Денис Алексеевич Егошин; Виктор Иванович Курт
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-03-22

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц. Объектив для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой двояковыпуклой линзы, второй отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, третьей отрицательной выпукло-вогнутой асферической линзы, четвертой двояковыпуклой линзы, пятой положительной выпукло-вогнутой линзы и шестой отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Апертурная диафрагма расположена перед первой линзой, а для показателей преломления материалов линз выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆, где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно. За счет выбора оптических сил линз, их формы и материалов, при выбранном расположении апертурной диафрагмы достигается улучшение эксплуатационных характеристик объектива за счет повышения качества изображения по всему полю зрения. 3 ил., 2 табл.

The utility model relates to optical instrumentation and can be used as a collimator lens as part of test equipment for simulating a phono-target environment based on micromirror arrays. The objective for the short-wave infrared range of the spectrum consists of a first biconvex lens, a second negative concave-convex lens, a third negative convex-concave aspherical lens, a fourth biconvex lens, a fifth positive convex-concave lens, and a sixth negative convex-concave lens arranged in series along the optical axis. The aperture diaphragm is located in front of _the first lens, and the following condition is fulfilled for the refractive indices of _the lens materials: _n ₁ =n ₄ =n ₅ < _n ₃ _< n ₂ =n ₆ n ₆ - refractive indices of the materials of the first, second, third, fourth, fifth and sixth lenses, respectively. By choosing the optical powers of the lenses, their shape and materials, with the selected location of the aperture diaphragm, an improvement in the performance of the lens is achieved by improving image quality throughout the entire field of view. 3 ill., 2 tab.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц.The utility model relates to optical instrumentation and can be used as a collimator lens as part of test equipment for simulating a phono-target environment based on micromirror arrays.

Известен телеобъектив коллиматора для ближней ИК-области спектра RU 2247416, МПК G02B 13/02, G02B 13/14, опубл. 27.02.2005 г., содержащий шестилинзовый положительный и двухлинзовый отрицательный компоненты, в первом из которых последовательно чередуются двояковыпуклые и двояковогнутые линзы, а второй компонент состоит из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Телеобъектив коллиматора предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,6…1,0 мкм; фокусное расстояние объектива f''=599,91 мм; относительное отверстие 1:7,5; диаметр входного зрачка D=80 мм; угловое поле зрения 2ω=6°54'. Вынос входного зрачка от первой поверхности составляет 984,7 мм.Known telephoto collimator for the near infrared region of the spectrum EN 2247416, IPC G02B 13/02, G02B 13/14, publ. February 27, 2005, containing a six-lens positive and two-lens negative components, in the first of which biconvex and biconcave lenses alternate in succession, and the second component consists of biconcave and biconvex lenses. The teleobjective of the collimator is designed for operation in the spectral range of 0.6…1.0 µm; lens focal length f''=599.91 mm; relative aperture 1:7.5; entrance pupil diameter D=80 mm; angular field of view 2ω=6°54'. The removal of the entrance pupil from the first surface is 984.7 mm.

Недостатком этого объектива является невысокое качество изображения по полю зрения при небольшом относительном отверстии, кроме того небольшая величина заднего отрезка не позволяет разместить осветитель при использовании в качестве тест-объекта микрозеркальной матрицы.The disadvantage of this lens is the low quality of the image in the field of view with a small relative aperture, in addition, the small value of the rear segment does not allow placing the illuminator when using a micromirror matrix as a test object.

Также известен объектив для SWIR диапазона спектра RU 2675195, МПК G02B 13/14, G02B 9/60, опубл. 17.12.2018 г., содержащий три компонента и апертурную диафрагму, при этом первый положительный компонент содержит двояковыпуклую и двояковогнутую линзы, второй компонент является положительным, третий компонент содержит две линзы, первая из которых является отрицательным мениском, отличающийся тем, что двояковыпуклая и двояковогнутая линзы первого компонента выполнены склеенными, второй положительный компонент выполнен в виде отрицательной склеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и положительного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображений, отрицательный мениск третьего компонента обращен вогнутой поверхностью к плоскости изображений, вторая линза третьего компонента выполнена положительной и имеет возможность перемещения вдоль оптической оси, апертурная диафрагма совмещена с оправой первого компонента. Объектив для SWIR диапазона спектра предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,9…1,7 мкм; имеет фокусное расстояние объектива f'=77 мм; относительное отверстие 1:1,6; диаметр входного зрачка D=50 мм; угловое поле зрения 7,1°×5,7°.Also known lens for the SWIR range of the spectrum RU 2675195, IPC G02B 13/14, G02B 9/60, publ. 12/17/2018, containing three components and an aperture diaphragm, while the first positive component contains a biconvex and biconcave lenses, the second component is positive, the third component contains two lenses, the first of which is a negative meniscus, characterized in that the biconvex and biconcave lenses of the first component are made glued, the second positive component is made in the form of a negative glued lens, consisting of biconvex and biconcave lenses, and a positive meniscus, the concave surface facing the image plane, the negative meniscus of the third component is facing the concave surface to the image plane, the second lens of the third component is made positive and has the ability to move along the optical axis, the aperture diaphragm is aligned with the frame of the first component. The lens for the SWIR range of the spectrum is designed to operate in the spectral range of 0.9…1.7 µm; has a focal length of the lens f'=77 mm; relative aperture 1:1.6; entrance pupil diameter D=50 mm; angular field of view 7.1°×5.7°.

К недостаткам объектива для SWIR диапазона спектра можно отнести небольшие фокусное расстояние и диаметр входного зрачка, не позволяющие использовать его в качестве объектива коллиматора.The shortcomings of the lens for the SWIR range of the spectrum include a small focal length and diameter of the entrance pupil, which do not allow it to be used as a collimator lens.

Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности, принятым за прототип, является объектив, представленный в патенте на изобретение RU 2662032, МПК G02B 13/02, G02B 9/62, опубл. 23.07. 2018 г. Объектив содержит шесть линз, из которых первая и шестая двояковыпуклые, вторая и пятая отрицательные выпукло-вогнутые, третья положительная выпукло-вогнутая, четвертая двояковогнутая. Между первой и второй линзами расположена апертурная диафрагма. Показатели преломления материалов линз выбраны в соответствии с условием: n₁=n₃≤n₄≥n₅=n₆. Объектив предназначен для работы в спектральном диапазоне 0,9…1,7 мкм; фокусное расстояние f''=365 мм; относительное отверстие 1:3; диаметр входного зрачка D=121,6 мм; угловое поле зрения 2ω=8,6°.Closest to the claimed lens in technical essence, taken as a prototype, is the lens presented in the patent for invention RU 2662032, IPC G02B 13/02, G02B 9/62, publ. 23.07. 2018. The lens contains six lenses, of which the first and sixth are biconvex, the second and fifth are negative convex-concave, the third is positive convex-concave, the fourth is biconcave. An aperture diaphragm is located between the first and second lenses. The refractive indices of lens materials are selected in accordance with the condition: n ₁ =n ₃ ≤n ₄ ≥n ₅ =n ₆ . The lens is designed to operate in the spectral range of 0.9…1.7 µm; focal length f''=365 mm; relative aperture 1:3; entrance pupil diameter D=121.6 mm; angular field of view 2ω=8.6°.

Недостатком данного объектива является невозможность использования его в качестве объектива коллиматора из-за невысокого качества изображения по полю зрения. Значения модуляционной передаточной функции (МПФ) составляют: для центра поля зрения 73,4%, для края поля зрения 51,7% при дифракционном значении 78,5%.The disadvantage of this lens is the impossibility of using it as a collimator lens due to the low quality of the image in the field of view. The values of the modulation transfer function (MTF) are: for the center of the field of view 73.4%, for the edge of the field of view 51.7% at a diffraction value of 78.5%.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является улучшение эксплуатационных характеристик объектива за счет обеспечения высокого качества изображения в пределах всего поля зрения.The task to be solved by the utility model is to improve the performance of the lens by providing high image quality within the entire field of view.

Поставленная задача решается за счет того, что в объективе для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра, состоящем из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой двояковыпуклой линзы, второй отрицательной линзы, третьей выпукло-вогнутой линзы, четвертой линзы, пятой выпукло-вогнутой линзы и шестой отрицательной линзы, в соответствии с полезной моделью вторая линза выполнена вогнуто-выпуклой, третья - отрицательной асферической, четвертая - двояковыпуклой, пятая - положительной, а шестая - выпукло-вогнутой, при этом выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆,The problem is solved due to the fact that in the lens for the short-wave infrared range of the spectrum, consisting of the first biconvex lens, the second negative lens, the third convex-concave lens, the fourth lens, the fifth convex-concave lens and the sixth negative lens, sequentially located along the optical axis, in accordance with the utility model, the second lens is made concave-convex, the third is negative aspherical, the fourth is biconvex, the fifth is positive, and the sixth is convex-concave, while the condition is fulfilled: n ₁ =n ₄ =n ₅ <n ₃ <n ₂ = _n6 ,

где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно, а апертурная диафрагма расположена перед первой линзой.where n ₁ , n ₂ , n ₃ , n ₄ , n ₅ , n ₆ are the refractive indices of the materials of the first, second, third, fourth, fifth and sixth lenses, respectively, and the aperture diaphragm is located in front of the first lens.

На фигуре 1 представлена оптическая схема объектива для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра с ходом лучей.The figure 1 shows the optical scheme of the lens for the short-wave infrared range of the spectrum with the path of the rays.

На фигуре 2 представлены графики модуляционной передаточной функции (МПФ).The figure 2 presents the plots of the modulation transfer function (MTF).

На фигуре 3 представлен график дисторсии.The figure 3 shows a plot of distortion.

Объектив для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой 1 двояковыпуклой линзы, второй 2 отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, третьей 3 отрицательной выпукло-вогнутой асферической линзы, четвертой 4 двояковыпуклой линзы, пятой 5 положительной выпукло-вогнутой линзы и шестой 6 отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Апертурная диафрагма расположена перед первой линзой, а для показателей преломления материалов линз выполняется условие: n₁=n₄=n₅<n₃<n₂=n₆,The lens for the short-wave infrared range of the spectrum consists of sequentially arranged along the optical axis of the first 1 biconvex lens, the second 2 negative concave-convex lens, the third 3 negative convex-concave aspherical lens, the fourth 4 biconvex lens, the fifth 5 positive convex-concave lens and the sixth 6 negative convex-concave lens. The aperture diaphragm is located in front of the first lens, and the following condition is fulfilled for the refractive indices of the lens materials: n ₁ =n ₄ =n ₅ <n ₃ <n ₂ =n ₆ ,

где n₁, n₂, n₃, n₄, n₅, n₆ - показатели преломления материалов первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой линз соответственно.where n ₁ , n ₂ , n ₃ , n ₄ , n ₅ , n ₆ are the refractive indices of the materials of the first, second, third, fourth, fifth and sixth lenses, respectively.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого объектива.Table 1 shows the technical characteristics of the proposed lens.

Конструктивные параметры конкретного примера исполнения объектива для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра приведены в таблице 2.The design parameters of a specific example of the lens for the short-wave infrared range of the spectrum are shown in Table 2.

Объектив для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра работает следующим образом. Излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через апертурную диафрагму, установленную перед первой линзой, и попадает на первую поверхность первой 1 двояковыпуклой линзы, проходит через линзы объектива 1-6, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз, и фокусируется в плоскости изображения объектива.The lens for the short-wave infrared range of the spectrum works as follows. The radiation from an infinitely distant object passes through the aperture diaphragm installed in front of the first lens, and hits the first surface of the first 1 biconvex lens, passes through the lenses of the objective 1-6, refracting on each surface in accordance with the radii and materials of the lenses, and focuses in the image plane lens.

Из представленного на фигуре 2 графика следует, что значения МПФ для 40 линии/мм значительно лучше, чем в прототипе и составляют для центра поля зрения 85,7%, для края поля зрения 81,1% при дифракционном значении 88,2%. Из представленного на фигуре 3 графика следует, что дисторсия по всему полю зрения не превышает 0,3%, что говорит о высоком качестве изображения заявляемого объектива.From the graph shown in figure 2, it follows that the MTF values for 40 lines/mm are much better than in the prototype and amount to 85.7% for the center of the field of view, for the edge of the field of view 81.1% with a diffraction value of 88.2%. From the graph shown in figure 3, it follows that the distortion over the entire field of view does not exceed 0.3%, which indicates a high image quality of the proposed lens.

Высокое качество изображения заявляемого объектива в пределах всего поля зрения обеспечивается выбором оптических сил линз, их формы и материалов, при выбранном расположении апертурной диафрагмы обеспечивающем телецентрический ход лучей и равномерную освещенность плоскости изображения.The high image quality of the claimed lens within the entire field of view is ensured by the choice of the optical powers of the lenses, their shape and materials, with the selected location of the aperture diaphragm providing a telecentric beam path and uniform illumination of the image plane.

Таким образом, выполнение объектива для коротковолнового инфракрасного диапазона спектра в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает высокое качество изображения по всему полю зрения, что позволяет улучшить его эксплуатационные характеристики и использовать в качестве объектива коллиматора в составе испытательной аппаратуры для имитации фоно-целевой обстановки на основе микрозеркальных матриц.Thus, the implementation of the lens for the short-wave infrared range of the spectrum in accordance with the proposed technical solution provides high image quality over the entire field of view, which makes it possible to improve its performance and use it as a collimator lens as part of test equipment for simulating the background-target environment based on micromirror matrices.

Claims

An objective for the short-wave infrared range of the spectrum, consisting of a first biconvex lens, a second negative lens, a third convex-concave lens, a fourth lens, a fifth convex-concave lens and a sixth negative lens arranged in series along the optical axis, characterized in that the second lens is made concave- convex, the third is negative aspherical, the fourth is biconvex, the fifth is positive, and the sixth is convex-concave, while the condition is met: n ₁ =n ₄ =n ₅ <n ₃ <n ₂ =n ₆ , where n ₁ , n ₂ , n ₃ , n ₄ , n ₅ , n ₆ are the refractive indices of the materials of the first, second, third, fourth, fifth and sixth lenses, respectively, and the aperture diaphragm is located in front of the first lens.