Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную, вторую отрицательную и третью положительную выпукло-вогнутые линзы, второго компонента, содержащего первую отрицательную вогнуто-выпуклую, вторую двояковыпуклую и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзы, третьего компонента, содержащего первую двояковыпуклую, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Второй компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт. Вторая и третья линзы первого компонента установлены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. Технический результат - улучшение эксплуатационных возможностей за счет эффективной работы системы при изменении температуры в двух полях зрения при сохранении габаритов, уменьшении массы и высоком качестве изображения. 3 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.

Известна инфракрасная система с двумя полями зрения (см. патент CN 103149667 А, МПК7 G02B 13/00, опубл. 12.06.2013 г.), в которой изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного компонента, при этом максимальное фокусное расстояние f’max составляет 240 мм, минимальное f’min - 60 мм, длина L - 260 мм. Кратность изменения фокусного расстояния M=f’max/f’min=4×.

Также известна инфракрасная система с дискретно изменяемым фокусным расстоянием (см. патент RU 2481602 С1, МПК7 G02B 15/02, опубл. 10.05.2013 г.), в которой изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного компонента, при этом максимальное фокусное расстояние f’max составляет 200 мм, минимальное f’min - 70 мм, длина L - 215 мм. Кратность изменения фокусного расстояния М=2,86×.

Недостатками указанных систем являются большая длина и малая кратность изменения фокусного расстояния, кроме того, во второй описываемой системе отсутствует возможность эффективной работы с приемником, имеющим внутри охлаждаемую диафрагму.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, принятой за прототип, является оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения (см. патент на полезную модель RU 149238 U1, МПК7 G02B 13/14, опубл. 27.012.2014 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью положительную вогнуто-выпуклую линзу, второго компонента, содержащего первую и вторую отрицательные вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную двояковыпуклую линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу, и фотоприемного устройства. Изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом второго компонента в оптический тракт в пространстве между первым и третьим компонентами. Оптическая система работает с относительным отверстием 1:4, в узком поле зрения фокусное расстояние объектива f’max=230 мм, в широком поле зрения - f’min=34 мм, длина L=159,7 мм. Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения) М=f’max/f’min=6,76×. Описываемая система имеет достаточно высокое качество изображения при минимальном фокусном расстоянии в пределах всего поля зрения, а при максимальном фокусном расстоянии высокое качество обеспечивается только для центра поля зрения. Для обеспечения работы системы при изменении температуры оптимальным является перемещение третьей линзы первого компонента. Однако в широком поле зрения выбранный способ требует большого перемещения этой линзы и при этом качество изображения значительно хуже, чем в нормальных температурных условиях. Кроме того, первый компонент системы имеет большую массу за счет наличия в нем двух линз из германия большого диаметра и толщины. При общей массе оптических элементов m=276 г масса первого компонента составляет m1=263 г.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения эффективной работы системы при изменении температуры в двух полях зрения при сохранении габаритов, уменьшении массы и высоком качестве изображения.

Указанная цель достигается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые линзы и третью линзу, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную вогнуто-выпуклую, вторую и третью линзы, третьего компонента, содержащего первую положительную, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства, в первом компоненте первая линза выполнена положительной, вторая выполнена отрицательной и третья линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, причем вторая и третья линзы установлены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси, во втором компоненте вторая линза выполнена двояковыпуклой, третья линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, в третьем компоненте первая линза выполнена двояковыпуклой.

На фигуре 1 представлена схема оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения.

На фигуре 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы в узком поле зрения для температур 20, 60 и минус 50°C.

На фигуре 3 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы в широком поле зрения для температур 20, 60 и минус 50°C.

Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего первую положительную 1, вторую отрицательную 2 и третью положительную 3 выпукло-вогнутые линзы, второго компонента II, содержащего первую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 4, вторую двояковыпуклую линзу 5 и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 6, третьего компонента III, содержащего первую двояковыпуклую линзу 7, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 8 и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 9, и фотоприемного устройства 10 с охлаждаемой диафрагмой 11. Линзы 2 и 3 первого компонента I установлены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. Второй компонент II установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт.

В таблице 1 приведены технические характеристики системы, работающей в среднем инфракрасном диапазоне спектра.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры системы.

В таблице 3 приведены значения перемещений Δ1 и Δ2 линз 2, 3 первого компонента I в зависимости от температуры окружающей среды для узкого и широкого полей зрения соответственно.

В узком поле зрения, соответствующем максимальному фокусному расстоянию, оптическая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-9 третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 10, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение, при этом охлаждаемая диафрагма 11 фотоприемного устройства 10 выполняет функцию апертурной диафрагмы системы.

В широком поле зрения, соответствующем минимальному фокусному расстоянию, излучение проходит через линзы 1-3 первого I и 4-6 второго II компонентов и фокусируется в той же плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-9 третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 10, при этом изображение формируется в той же плоскости чувствительных элементов и охлаждаемая диафрагма 11 фотоприемного устройства 10 является апертурной диафрагмой системы.

Изменения поля зрения (фокусного расстояния) оптической системы осуществляется вводом-выводом второго компонента II в оптический тракт в пространстве между первым I и третьим III компонентами.

Компенсация температурной расфокусировки изображения осуществляется совместным перемещением линз 2 и 3 вдоль оптической оси в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения работает с относительным отверстием 1:4, в узком поле зрения фокусное расстояние f’max=230 мм, в широком поле зрения - f’min=33,5 мм, длина L=161 мм. Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения) М=f’max/f’min=6,87×. Общая масса оптических элементов m=89 г, при этом масса первого компонента составляет m1=77 г.

Из графиков, приведенных на фигурах 2 и 3, следует, что в оптической системе обеспечивается высокое качество изображение в пределах всего поля зрения как при минимальном, так и при максимальном фокусных расстояниях в диапазоне температур от минус 50 до плюс 60°C. При этом масса оптических элементов системы меньше, чем в прототипе, в 3 раза.

Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет улучшить ее эксплуатационные возможности за счет обеспечения эффективной работы при изменении температуры, при этом существенно уменьшена масса и достигнуто высокое качество изображения в двух полях зрения.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения, состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые линзы и третью линзу, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную вогнуто-выпуклую, вторую и третью линзы, третьего компонента, содержащего первую положительную, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что в первом компоненте первая линза выполнена положительной, вторая выполнена отрицательной и третья линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, причем вторая и третья линзы установлены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси, во втором компоненте вторая линза выполнена двояковыпуклой, третья линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, в третьем компоненте первая линза выполнена двояковыпуклой.



 

Похожие патенты:

Оптическая система тепловизионного прибора состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью положительную вогнуто-выпуклые линзы, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой.

Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием может быть использован в оптико-электронных приборах, работающих в дальней ИК-области. Объектив включает расположенные по ходу луча первый положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений, второй мениск с возможностью его перемещения по оптической оси, апертурную диафрагму и третий положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси трех компонентов.

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах. .

Изобретение относится к области оптики, к системам с переменным фокусным расстоянием, а именно к панкратическим системам, и может применяться в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах или подобных им оптоэлектронных устройствах, имеющих приемник изображения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах, в системах наведения, оптической связи, управления и в наблюдательных приборах.

Изобретение относится к измерительной технике, а также к области автоматизации технологических процессов в машиностроении. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах. .

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться для наблюдения местности в ближней ИК-области спектра. .

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, а третий - отрицательный.

Оптическая система тепловизионного прибора состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью положительную вогнуто-выпуклые линзы, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой.

Изобретение относится к технологии получения оптических изделий из германия путем выращивания монокристаллов германия из расплава в форме профильных изделий в виде выпукло-вогнутых заготовок, которые после обработки могут быть использованы для изготовления линз инфракрасного диапазона.

Двухканальный тепловизионно-ночной наблюдательный прибор содержит тепловизионный канал, состоящий из объектива тепловизионного канала, матричного приемника излучения, плоского дисплея, лупы тепловизионного канала, куб-призмы.

Изобретение относится к области ИК-оптики и может быть использовано в тепловизорах с матричными фотоприемными устройствами, не требующими охлаждения до криогенных температур, чувствительных в спектральном диапазоне 8-12 мкм.

Изобретение может быть использовано в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Телеобъектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, а третий - отрицательный.

Объектив с переменным фокусным расстоянием для охлаждаемых детекторов, содержащий подвижные и неподвижные компоненты, отличается тем, что он выполнен из пяти компонентов, расположенных последовательно по ходу луча, и включает шесть линз, при этом головной компонент - неподвижная одиночная положительная линза, второй компонент выполнен отрицательным и подвижным, третий компонент выполнен положительным и подвижным, причем второй и третий компоненты выполнены таким образом, чтобы вторая поверхность второго компонента, которая является вогнутой, и первая поверхность третьего компонента, которая является выпуклой, были обращены в разные стороны, при этом величина подвижки второго компонента не превышала 0,1 f′ max, а расстояние между третьим и четвертым компонентами не превышало (0,13÷0,16) f′ max, и при этом апертурная диафрагма расположена за пятым компонентом на расстоянии 0,55 f′ min от последней поверхности объектива.

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую отрицательную, вторую положительную и третью отрицательную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу и третью положительную двояковыпуклую линзу, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой.

Объектив может быть использован в тепловизорах, чувствительных в спектральном диапазоне от 8 до 12 мкм. Объектив содержит четыре мениска, из которых первый, второй и четвертый по ходу луча мениски - положительные, третий - отрицательный.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив состоит из четырех одиночных менисков, обращенных вогнутостью к изображению.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Светосильный объектив состоит из четырех расположенных по ходу лучей линз: первая и вторая линзы - одиночные положительные мениски, обращенные вогнутостью к изображению. Третья линза - одиночный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Четвертая линза - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Первая и четвертая линзы выполнены из германия, а вторая и третья - из селенида цинка. Радиус второй оптической поверхности по ходу лучей по модулю равен радиусу шестой оптической поверхности по ходу лучей. Технический результат - повышение качества изображения при уменьшении габаритов. 1 ил., 2 табл.

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную, вторую отрицательную и третью положительную выпукло-вогнутые линзы, второго компонента, содержащего первую отрицательную вогнуто-выпуклую, вторую двояковыпуклую и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзы, третьего компонента, содержащего первую двояковыпуклую, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Второй компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт. Вторая и третья линзы первого компонента установлены с возможностью совместного перемещения вдоль оптической оси. Технический результат - улучшение эксплуатационных возможностей за счет эффективной работы системы при изменении температуры в двух полях зрения при сохранении габаритов, уменьшении массы и высоком качестве изображения. 3 ил., 3 табл.

Наверх