ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ ПРИБОР Российский патент 2015 года по МПК G02B23/12 H04N5/33 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано при изготовлении тепловизионных приборов, предназначенных для наблюдения и распознавания объектов.

Известна оптическая система для тепловизора (см. US 2005/0103999 A1, МПК⁷ G01J 5/02, публ. 19.05.2005 г.), которая содержит короткофокусный инфракрасный объектив, охлаждаемое фотоприемное устройство и позволяет наблюдать изображение объектов на экране монитора. Недостатками этой системы являются малое разрешение и ограниченность функциональных возможностей, обусловленных необходимостью использования дополнительных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому тепловизионному прибору является тепловизионный наблюдательный прибор (см. патент на полезную модель RU 125734 U1, МПК⁷ G02B 23/12, публ. 10.03.2013 г.), содержащий последовательно установленные инфракрасный объектив, матричное фотоприемное устройство, блок обработки информации, блок формирования видеоизображения с экраном и окуляр, а также блок памяти, подключенный к входу блока обработки информации. Инфракрасный объектив состоит из четырех положительных менискообразных линз, причем первая, третья и четвертая германиевые линзы выполнены выпукло-вогнутыми, а вторая, из селенида цинка, выполнена вогнуто-выпуклой. Инфракрасный объектив выполнен с возможностью небольшого перемещения вдоль оптической оси, позволяющего компенсировать смещение плоскости изображения вследствие изменения окружающей температуры (терморасфокусировку изображения). Блок обработки информации позволяет измерять температуру чувствительных элементов матрицы и вычислять коэффициенты коррекции на основе заданных и содержащихся в блоке памяти коэффициентов. Окуляр содержит первую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, вторую положительную плоско-выпуклую линзу и склейку из третьей отрицательной выпукло-вогнутой и четвертой положительной выпукло-плоской линз. Окуляр выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси.

Указанный тепловизионный прибор используется для обзорных целей, поскольку фокусное расстояние инфракрасного объектива не превышает 50 мм. Кроме того, в приборе отсутствует возможность одновременного наблюдения теплового изображения, сформированного инфракрасным объективом и окуляром, и видимого изображения рассматриваемой сцены. Компенсация терморасфокусировки изображения в инфракрасном объективе осуществляется перемещением всего объектива. В случае увеличения фокусного расстояния инфракрасного объектива, при котором существенно возрастают диаметры линз и его длина, этот способ компенсации является неприемлемым.

Целью изобретения является повышение углового разрешения тепловизионного прибора для обеспечения распознавания объектов при улучшении эксплуатационных возможностей тепловизионного прибора за счет одновременного наблюдения теплового изображения, сформированного инфракрасным объективом и окуляром, и видимого изображения рассматриваемой сцены.

Указанная цель достигается тем, что в тепловизионном приборе, содержащем последовательно установленные инфракрасный объектив, состоящий из расположенных по ходу лучей первой положительной выпукло-вогнутой линзы, второй линзы и третьей положительной выпукло-вогнутой линзы, матричное фотоприемное устройство, блок обработки информации, устройство отображения информации и окуляр, состоящий из расположенных по ходу лучей первой вогнуто-выпуклой линзы, второй положительной линзы и склейки из третьей отрицательной выпукло-вогнутой и четвертой положительной линз, введены зеркало и спектроделитель, установленные в параллельном пучке лучей, сформированном окуляром, под углом к его оптической оси, а также блок управления фокусировкой, подключенный к управляющему выходу блока обработки информации, в инфракрасном объективе вторая линза выполнена отрицательной выпукло-вогнутой и установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, в окуляре первая линза выполнена положительной, вторая линза выполнена вогнуто-выпуклой, а четвертая линза выполнена двояковыпуклой.

На чертеже представлена оптическая схема тепловизионного прибора.

Тепловизионный прибор содержит последовательно установленные инфракрасный объектив I, содержащий расположенные по ходу лучей первую положительную выпукло-вогнутую линзу 1, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 2, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 3, матричное фотоприемное устройство 4, блок обработки информации 5, устройство отображения информации 6 и окуляр II, содержащий расположенные по ходу лучей первую положительную вогнуто-выпуклую линзу 7, вторую положительную вогнуто-выпуклую линзу 8 и склейку из третьей отрицательной выпукло-вогнутой 9 и четвертой положительной двояковыпуклой 10 линз, зеркало 11 и спектроделитель 12, установленные в параллельном пучке лучей, сформированном окуляром II, под углом к его оптической оси. Тепловизионный прибор также содержит датчик температуры окружающей среды 13 и блок управления фокусировкой 14, подключенные ко второму входу и управляющему выходу блока обработки информации 5 соответственно.

Тепловизионный прибор работает следующим образом: тепловое излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 инфракрасного объектива I и фокусируется в плоскости чувствительных элементов матричного фотоприемного устройства 4, выходные сигналы с которого поступают в блок обработки информации 5, управляющий яркостью каждого элемента устройства отображения информации 6 в соответствии с формируемым тепловым изображением. Излучение от устройства формирования изображения 6 проходит через линзы 7-10 окуляра II, отражается зеркалом 11 и спектроделителем 12 и попадает в глаз наблюдателя. Наблюдатель видит тепловое изображение, поступающее от устройства формирования изображения 6, наложенное на видимое изображение наблюдаемой сцены, рассматриваемое сквозь спектроделитель 12. Фокусное расстояние инфракрасного объектива I составляет 125 мм, относительное отверстие 1:1,1, угловое разрешение при этом увеличивается как минимум в 2,5 раза, что позволяет улучшить распознавание объектов. Для компенсации терморасфокусировки изображения инфракрасного объектива I служит блок управления фокусировкой 14. Компенсация терморасфокусировки изображения осуществляется перемещением одной линзы 2 механическим способом (вручную) или электроприводом по сигналам от блока обработки информации 5 в соответствии с показаниями датчика температуры окружающей среды 13.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить фокусное расстояние инфракрасного объектива, повысив тем самым угловое разрешение тепловизионного прибора как минимум в 2,5 раза и расширить его эксплуатационные возможности за счет одновременного наблюдения теплового изображения и видимого изображения рассматриваемой сцены с осуществлением компенсации терморасфокусировки путем перемещения одной линзы.

Изобретение относится к тепловизионным приборам, которые обеспечивают наблюдение как в видимой, так и в инфракрасной области. В указанном приборе инфракрасный объектив формирует тепловое изображение в плоскости чувствительных элементов матричного фотоприемника, выходные сигналы с которого поступают в блок обработки информации, управляющий яркостью каждого элемента устройства отображения информации, расположенного в фокальной плоскости окуляра, в соответствии с формируемым тепловым изображением. Коллимированный пучок лучей, сформированный окуляром, отражается зеркалом и спектроделителем и попадает в глаз наблюдателя одновременно с видимым изображением наблюдаемой сцены. Блок управления фокусировкой служит для компенсации расфокусировки изображения инфракрасного объектива в результате изменения температуры окружающей среды. Технический результат заключается в повышении углового разрешения тепловизионного прибора и расширении эксплуатационных возможностей. 1 ил.

Тепловизионный прибор, содержащий последовательно установленные инфракрасный объектив, состоящий из расположенных по ходу лучей первой положительной выпукло-вогнутой линзы, второй линзы и третьей положительной выпукло-вогнутой линзы, матричное фотоприемное устройство, блок обработки информации, устройство отображения информации и окуляр, состоящий из расположенных по ходу лучей первой вогнуто-выпуклой линзы, второй положительной линзы и склейки из третьей отрицательной выпукло-вогнутой и четвертой положительной линз, отличающийся тем, что в него введены зеркало и спектроделитель, установленные в параллельном пучке лучей, сформированном окуляром, под углом к его оптической оси, а также блок управления фокусировкой, подключенный к управляющему выходу блока обработки информации, в инфракрасном объективе вторая линза выполнена отрицательной выпукло-вогнутой и установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, в окуляре первая линза выполнена положительной, вторая линза выполнена вогнуто-выпуклой, а четвертая линза выполнена двояковыпуклой.