ITMO
ru/ ru

ISSN: 1023-5086

ru/

ISSN: 1023-5086

Scientific and technical

Opticheskii Zhurnal

A full-text English translation of the journal is published by Optica Publishing Group under the title “Journal of Optical Technology”

Article submission Подать статью
Больше информации Back

DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-09-82-94

УДК: 681.7.028, 681.7.067.2

Technology for developing a large-sized lens made from optical crystals for the infrared spectral range

Venzel, V.I., Dmitriev, I.Y., Muravуeva, E.S., Semenov, A.A.
For Russian citation (Opticheskii Zhurnal):

Вензель В.И., Дмитриев И.Ю., Муравьева Е.С., Семёнов А.А. Технология создания крупногабаритного линзового объектива для инфракрасной области спектра из оптических кристаллов // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 9. С. 82–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-82-94


Venzel V.I., Dmitriev I.Yu., Muraveva E.S., Semenov A.A. Technology for developing a large-sized lens made from optical crystals for the infrared spectral range [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 9. P. 82–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-82-94

For citation (Journal of Optical Technology):
-
Abstract:

Subject of the study. Image quality forecasting of a large-sized wide-angle and high-aperture lens for the infrared spectral range made of optical crystals, methods for optimizing its design, assembly and alignment. The aim of the work is to create a high-tech lens design considering the effects of the optical materials homogeneity, of design and technological tolerances for surface shape and lens decentering on the image quality and the possibility of compensating of residual aberrations during the assembly and alignment of the lens system. The method involves selecting the image quality criterion and calculating its acceptable reduction, distributing the wavefront error of the lens system among errors caused by the optical material inhomogeneity, lens decentering and surface form deviation, an assessment of the material homogeneity considering surface shape and ray paths in the lenses, exploring lens system configurations to compensate residual aberrations, rationale for choosing a lens design with a minimal number of lens alignment adjustments. Key results. Criteria for selecting tolerances for the homogeneity of the optical material are formulated. The possibility of creating a high-tech six-lens optical system of an insertable lens design with optical crystals using available materials and existing technologies is shown. Practical significance. The proposed technical solutions have been tested in the development of high-resolution lenses for Earth remote sensing optical-electronic systems from space.

Keywords:

lens lens, calculated tolerance, optical uniformity, calculated decentralization tolerances, process decentralization, assembly, alignment, aberration compensation, wave error, optical crystals

OCIS codes: 220.0220, 080.1005, 080.4228

References:
  1. Bass M., DeCusatis C., Enoch J.M., et. al. Handbook of optics. 3rd ed. V. I: Geometrical and Physical Optics, Polarized Light, Components and Instruments. McGraw Hill, 2009. 1248 p.
  2. ГОСТ 23136-93. Материалы оптические. Параметры. Введ. 21.10.1993. М.: изд. Стандартов, 1995. 10 с.

       GOST (Russian National Standard) 23136-93. Optical materials. Parameters whiteness [in Russian]. Introd. 10/21/93. Moscow: "Standards" Publ., 1995. 10 p.

  1. ISO 19740:2018. Optics and photonics — Optical materials and components — Test method for homogeneity of infrared optical materials. 05/08/2018. Geneva, ISO. 22 p.
  2. Вензель В.И., Мигель Л.И., Семёнов А.А. Установка для контроля однородности показателя преломления ИК материалов // Контенант. 2021. Т. 3. № 2. С. 12–25.

       Venzel V.I., Migel L.I., Semenov A.A. The system for monitoring the optical homogeneity of the material for the infrared spectrum [in Russian] // Contenant. 2021. V. 3. № 2. P. 12–25.

  1. Вензель В.И., Горелов А.В., Образцов В.С. и др. Контроль оптической однородности материалов для инфракрасной области спектра // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 9. С. 88–94.

       Venzel V.I., Gorelov A.V., Obraztsov V.S., et. al. Monitoring the optical homogeneity of materials for the IR region // J. Opt. Technol. 2014. V. 81. № 9. P. 551–555. https://doi.org/10.1364/JOT.81.000551

  1. Крынин Л.И. Проектирование конструкций объективов: учеб. пособ. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2018. 219 c.

       Krynin L.I. Designed lens structures: Study Guide [in Russian]. St. Petersburg: St. Petersburg: ITMO University, 2018. 219 p.

  1. Бетенски Э., Хопкинс Р., Шеннон Р. и др. Проектирование оптических систем: пер. с англ. // Под ред. Шеннона Р., Вайанта Дж. / М.: Мир, 1983. 432 с.

       Betenski E., Hopkins R., Shannon R., et. al. Applied optics and optical engineering // Ed. Shannon R., Wyant J.C. / N.Y.: Academic Press Inc., 1979. 382 p.

  1. Васильева Л.В., Лебедев О.А., Нужин В.С. и др. Проектирование и изготовление линзовых объективов для работы в инфракрасной области спектра // Оптический журнал. 2003. Т. 80. № 4. С. 72–75.

       Vasilieva L.V., Lebedev O.A., Nuzhin V.S., et. al. Design and fabrication of lens objectives for operation in the IR region // J. Opt. Technol. 2003. V. 70. № 4. P. 280–283. https://doi.org/10.1364/jot.70.000280

  1. Лебедев О.А., Сабинин В.Е., Солк С.В. Крупногабаритный многоспектральный объектив // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 11. С. 24–27.

       Lebedev O.A., Sabinin V.E., Solk S.V. A large multispectral objective // J. Opt. Technol. 2011. V. 78. № 11. P. 709–711. https://doi.org/10.1364/JOT.78.000709

  1. Лебедев О.А., Нужин В.С., Солк С.В. Проектирование и контроль широкоугольных ИК объективов // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 2. С. 45–47.

       Lebedev O.A., Nuzhin V.S., Solk S.V. Designing and testing wideangle IR objectives // J. Opt. Technol. 2013. V. 80. № 2. P. 104–106. https://doi.org/10.1364/JOT.80.000104

  1. Солк С.В., Лебедев О.А. Инфракрасный термонерасстраиваемый объектив // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 12. С. 38–40.

       Solk S.V., Lebedev O.A. A thermally nonmisalignable infrared objective // J. Opt. Technol. 2012. V. 79. № 12. P. 775–776. https://doi.org/10.1364/JOT.79.000775

  1. Буй Д.Б. Анализ и разработка методов центрирования линз и линзовых систем // Дисс. канд. техн. наук. СПб.: СПБНИУ ИТМО, 2016. 131 с.

       Bui D.B. Analysis and development of the methods for centering lenses and lens systems [in Russian] // PhD (Engineering). St. Petersburg: ITMO University, 2016. 131 p.

  1. Латыев С.М., Румянцев Д.М., Курицын П.А. Конструкторские и технологические методы обеспечения центровки линзовых систем // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 3. С. 92–96.

       Latyev S.M., Rumyantsev D.M., Kuritsyn P.A. Design and process methods of centering lens systems // J. Opt. Technol. 2013. V. 80. № 3. P. 197–200. https://doi.org/10.1364/JOT.80.000197

  1. Буй Д.Б., Беловайн П.А., Латыев С.М. и др. Центровка объективов штабельной конструкции // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1.

       Bui D. B., Belovain P.A., Latuev S.M., et. al. Centering of stacked lenses [in Russian] // Modern Problems of Sciences and Educations. 2015. № 1.

  1. Крынин Л.И., Фролов Д.Н., Шаталов Е.А. Методика расчета конструкций объективов насыпного типа // Оптический журнал. 2002. Т. 69. № 9. С. 58–62.

       Krynin L., Frolov D., Shatalov E. Technique for calculating the designs of filled-type objectives // J. Opt. Technol. 2002. V. 69. № 9. P. 652. https://doi.org/10.1364/JOT.69.000652

  1. Канушина Л.А., Соснов А.Н., Соснова Н.К. Расчет допусков на оптические неоднородности оптических материалов // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2013. С. 262–267.

       Kanushina L.A., Sosnov A.N., Sosnova N.K. Calculating of tolerances for optical inhomogeneties of optical materials [in Russian] // Interexpo Geo Siberia. 2013. P. 262–267.

  1. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптических изображений. Л.: Машиностроение, ЛО, 1989. 221 с.

       Sokolskiy M.N. Optical image tolerance and quality [in Russian]. Leningrad: "Mashinostroenie" Publ., Leningrad Branch, 1989. 221 p.

  1. ZEMAX 9. Optical Design Program. User’s Manual. April 14, 2010. 986 p.
  2. Вензель В.И., Дмитриев И.Ю., Муравьева Е.С. и др. Технология создания светосильного четырехзеркального объектива с асферическими зеркалами // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 1. С. 26–36. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-01-26-36

       Venzel V.I., Dmitriev I.Yu., Muraveva E.S., et. al. Technology for developing a high-aperture fourmirror lens with aspherical mirrors // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 1. P. 14–19. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000014

  1. Никаноров Н.Ю., Артемов А.Д. Комбинированный метод центрирования линз из непрозрачных материалов в видимой области спектра // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2019. С. 269–278.

       Nikanorov N.Y., Artemov A.D. Combined centering methods made of opaque materials [in Russian] // Interexpo Geo Siberia. 2019. P. 269–278.

  1. Вензель В.И., Семёнов А.А. Интерферометрическое устройство центрировки оптических элементов с асферическими поверхностями в оправах // Патент РФ № 186481. Бюл. 2019. № 3.

       Venzel V.I., Semenov A.A. Interferometric device for centering optical elements with aspherical surfaces in frames // RF Patent № RU186481U1. Bull. 2019. № 3.

  1. Азаров С.А., Вензель В.И., Либик Ю.М. и др. Технология изготовления крупногабаритных линз с асферической поверхностью // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 9. С. 73–81. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-73-81

       Azarov S.A., Venzel V.I., Libik Y.M., et. al. Manufacturing technology for large-sized aspheric lenses // J. Opt. Technol.  2024. V. 91. № 9. Р. 00–00. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-00-00

  1. Вензель В.И, Горелов А.В. Интерферометры среднего и дальнего инфракрасного диапазона спектра ИКИ-3,5 и ИКИ-10 // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 11. С. 47–49.

       Venzel V.I., Gorelov A.V. The IKI-3.5 and IKI-10 interferometers for the mid- and far-IR regions // J. Opt. Technol. 2008. V. 75. № 11. P. 725–727. https://doi.org/10.1364/JOT.75.000725