Оптическая система тепловизионного прибора

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую положительную, вторую отрицательную и третью положительную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую двояковыпуклую, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Технический результат - повышение качества изображения системы во всем поле зрения при сохранении габаритов и уменьшении массы. 2 ил., 2 табл.

 

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

Известна оптическая система для тепловизионных приборов (см. патент на изобретение RU 2449328 A, МПК7 G02B 13/14, 23/12, опубл. 27.04.2010 г.), содержащая входной объектив из двух линз и проекционный объектив из пяти линз, при этом фокусное расстояние f составляет 60 мм.

Также известна оптическая система для тепловизионных приборов (см. патент на изобретение RU 2338227 C1, МПК7 G02B 13/14, 9/64, опубл. 10.11.2008 г.), содержащая входной объектив из трех линз и проекционный объектив из четырех линз, при этом фокусное расстояние f составляет 150 мм.

Недостатком указанных систем является малое значение фокусного расстояния.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, принятой за прототип, является оптическая система тепловизионного прибора (см. патент на изобретение RU 2525463 U1, МПК G02B 13/14, 13/16, 9/64, опубл. 20.08.2014 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, проекционного объектива, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклые линзу, и фотоприемного устройства. Оптическая система работает с относительным отверстием 1:4, фокусное расстояние объектива f=230 мм, длина L=159,7 мм, при этом коэффициент телеукорочения TL=L/f=0,69. В приведенных конструктивных параметрах примера конкретного исполнения системы отсутствуют данные о материалах линз. С учетом ограниченности номенклатуры используемых в инфракрасной области оптических материалов, получение заявленных характеристик системы возможно только при выполнении первой и третьей линз входного объектива и второй и четвертой линз проекционного объектива из германия, а второй линзы входного объектива, первой и третьей линз проекционного объектива - из кремния. При таком варианте исполнения масса оптических элементов всей системы m составляет 270 г, причем масса входного объектива mI составляет 263 г за счет наличия в нем двух линз из германия большого диаметра и толщины. В описываемой системе конструкция входного объектива обеспечивает высокое качество изображения в центре поля зрения за счет выполнения первого компонента из двух линз, имеющих большее число коррекционных параметров. Конструктивное выполнение третьей линзы не позволяет обеспечить хорошего качества изображения по всему полю зрения. Для данного примера конкретного исполнения концентрация энергии в кружке диаметром 30 мкм составляет в центре поля зрения 75%, в середине - 66%, на краю - 25% (при размере изображения 12 мм по диагонали).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества изображения системы во всем поле зрения при сохранении габаритов и уменьшении массы.

Указанная цель достигается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора, состоящей из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые и третью линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства, во входном объективе первая линза выполнена положительной, вторая выполнена отрицательной и третья линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, в проекционном объективе первая линза выполнена двояковыпуклой.

На фигуре 1 представлена схема оптической системы тепловизионного прибора.

На фигуре 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы по полю зрения в кружке рассеяния диаметром 30 мкм.

Оптическая система состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива I, содержащего первую положительную 1, вторую отрицательную 2 и третью положительную 3 выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива II, содержащего первую двояковыпуклую линзу 4, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 5 и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 6, и фотоприемного устройства 7 с охлаждаемой диафрагмой 8.

В таблице 1 приведены технические характеристики системы, работающей в среднем инфракрасном диапазоне спектра (3,0-5,0 мкм).

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения оптической системы.

Оптическая система работает следующим образом. Иизлучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 входного объектива I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 4-6 проекционного объектива II и попадает в фотоприемное устройство 7, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение, при этом охлаждаемая диафрагма 8 фотоприемного устройства 7 выполняет функцию апертурной диафрагмы системы.

Оптическая система тепловизионного прибора работает с относительным отверстием 1:4, фокусное расстояние fmax=230 мм, длина L=161 мм. Общая масса оптических элементов m=82 г, при этом масса входного объектива составляет mI=77 г.

Из графика, приведенного на фигуре 2, следует, что в оптической системе обеспечивается высокое качество изображения в пределах всего поля зрения. Концентрация энергии в кружке диаметром 30 мкм составляет в центре поля зрения 75%, в середине - 71%, на краю - 50% (при размере изображения 12 мм по диагонали). При этом масса оптических элементов системы меньше, чем в прототипе в 3,3 раза.

Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет обеспечить высокое качество изображения в пределах всего поля зрения при сохранении габаритных размеров и существенном уменьшении массы ее оптических элементов.

Оптическая система тепловизионного прибора, состоящая из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые и третью линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что во входном объективе первая линза выполнена положительной, вторая выполнена отрицательной и третья линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, в проекционном объективе первая линза выполнена двояковыпуклой.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение может быть использовано в оптических системах, например в телевизионных камерах, работающих с матрицами, также и в других приборах, в том числе и в ИК-системах.

Система содержит входной объектив, проекционный объектив, компенсационный элемент и расфокусирующий элемент. Входной объектив строит промежуточное действительное изображение и выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов.

Объектив может быть использован в тепловизорах в спектральном диапазоне 8-12 мкм. Объектив по обоим вариантам содержит четыре компонента, второй и четвертый из которых подвижные и имеют по два фиксированных положения.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения в большом поле зрения с большим контрастом изображения. Микрообъектив содержит последовательно расположенные четыре компонента.

Объектив может быть использован в оптико-электронных приборах, в частности, с целью формирования изображения участка звездного неба на ПЗС-матрице, расположенной в фокальной плоскости объектива.

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

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Объектив может быть использован в тепловизорах для области спектра 8-12 мкм. Объектив содержит четыре компонента, первый из которых - положительный мениск из бескислородного стекла ИКС-25, второй - отрицательный мениск из селенида цинка, третий - отрицательный мениск из германия.

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.

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.

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.

Оптическая система формирования изображений содержит детектор формирования изображений, включающий первую область, чувствительную к свету в первом диапазоне волн приблизительно от 1,0 до 2,5 мкм, и вторую область, чувствительную к свету во втором диапазоне волн, который включает по меньшей мере одну из короктоволновой инфракрасной полосы спектра и средневолновой инфракрасной полосы спектра, несколько линз для фокусирования света на детектор формирования изображений, изготовленных из материала, прозрачного в диапазоне длин волн по меньшей мере от 1,0 мкм до 5,0 мкм; и светоделитель, расположенный между линзами и детектором формирования изображений и предназначенный для деления падающего света на первый и второй диапазоны волн и направления их на соответственно на первую и вторую области детектора формирования изображений. Детектор формирования изображений представляет собой двумерную решетку в фокальной плоскости. Зрачок оптической системы расположен между линзами и детектором формирования изображений. Технический результат – обеспечение многофункциональности оптической системы за счет охвата дополнительных полос спектра в диапазоне от 1,0 мкм до 5,0 мкм. 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую положительную, вторую отрицательную и третью положительную выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива, содержащего первую двояковыпуклую, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Технический результат - повышение качества изображения системы во всем поле зрения при сохранении габаритов и уменьшении массы. 2 ил., 2 табл.

Наверх