ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА С ДВУМЯ ПОЛЯМИ ЗРЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G02B13/14 G02B15/02 G02B9/64 

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 RU 2400784 С1, МПК⁷ G02B 13/14, опубл. 27.09.2010 г.), в которой трехкратное изменение поля зрения осуществляется перемещением двух компонентов вдоль оптической оси, при этом максимальное фокусное расстояние $$f_{\max }^{\text{'}}$$ составляет 210 мм, минимальное $$f_{\min }^{\text{'}}$$ - 70 мм, длина L - 300 мм и коэффициент телеукорочения $$T_L=L/f_{\max }^{\text{'}}=\mathrm{1,4}$$ .

Также известна инфракрасная система с дискретно изменяемым фокусным расстоянием (см. патент RU 2481602 С1, МПК⁷ G02B 15/02 публ. 10.05.2013 г.), в которой изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного компонента, при этом максимальное фокусное расстояние $$f_{\max }^{\text{'}}$$ составляет 200 мм, минимальное $$f_{\min }^{\text{'}}$$ - 70 мм, длина L - 215 мм. Кратность изменения фокусного расстояния $$M=f_{\max }^{\text{'}}/f_{\min }^{\text{'}}=\mathrm{2,86}$$ и коэффициент телеукорочения T_L=1,075.

Указанные системы имеют малую кратность изменения поля зрения (фокусного расстояния) и большое значение коэффициента телеукорочения.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, принятой за прототип, является оптическая система с двумя полями зрения для среднего ИК диапазона спектра (см. патент CN 103149667 А, МПК⁷ G02B 13/00, опубл. 12.06.2013 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу, третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную двояковогнутую линзу и вторую положительную двояковыпуклую линзу, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу, и фотоприемного устройства. Изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного второго компонента в оптический тракт в пространстве между третьей и четвертой линзами неподвижного первого компонента. Оптическая система работает с относительным отверстием 1:4, в узком поле зрения фокусное расстояние объектива $$f_{\max }^{\text{'}}=240мм$$ , в широком поле зрения - $$f_{\min }^{\text{'}}=60мм$$ , длина L=260 мм, при этом коэффициент телеукорочения $$T_L=L/f_{\max }^{\text{'}}=\mathrm{1,08}$$ . Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения) $$M=f_{\max }^{\text{'}}/f_{\min }^{\text{'}}=4$$ . В узком и широком полях зрения оптическая система имеет достаточно высокое качество изображения.

Недостатками указанной оптической системы являются малая кратность изменения поля зрения, что не позволяет обеспечить достаточное поле обзора в режиме широкого поля зрения, и большое значение коэффициента телеукорочения, что приводит к увеличению габаритов и массы тепловизионного прибора.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение кратности изменения поля зрения и уменьшение значения коэффициента телеукорочения при сохранении качества изображения.

Указанная цель достигается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые линзы и третью линзу, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную и вторую линзы, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную линзы, и фотоприемного устройства, в неподвижном первом компоненте первая линза выполнена отрицательной, вторая линза выполнена положительной, третья линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, в подвижном втором компоненте первая линза выполнена вогнуто-выпуклой, вторая линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой и дополнительно введена третья положительная двояковыпуклая линза, в неподвижном третьем компоненте первая и вторая линзы выполнены вогнуто-выпуклыми и дополнительно введены третья положительная выпукло-вогнутая линза и четвертая положительная вогнуто-выпуклая линза, причем подвижный второй компонент установлен в пространстве между неподвижными первым и третьим компонентами.

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

Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента I, содержащего первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 1, вторую положительную выпукло-вогнутую линзу 2 и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 3, подвижного второго компонента II, содержащего первую 4 и вторую 5 отрицательные вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную двояковыпуклую линзу 6, неподвижного третьего компонента III, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу 7, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 8, третью положительную выпукло-вогнутую линзу 9 и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу 10, и фотоприемного устройства 11 с охлаждаемой диафрагмой 12. Подвижный второй компонент II установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт в пространстве между неподвижными первым I и третьим III компонентами.

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

Конструктивные параметры системы приведены в таблице 2.

В таблице 3 приведены расчетные значения концентрации энергии, характеризующие качество изображения объектива.

В узком поле зрения, соответствующем максимальному фокусному расстоянию, оптическая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 неподвижного первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-10 неподвижного третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 11, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение, при этом охлаждаемая диафрагма 12 фотоприемного устройства 11 выполняет функцию апертурной диафрагмы системы.

В широком поле зрения, соответствующем минимальному фокусному расстоянию, излучение проходит через линзы 1-3 неподвижного первого I и 4-6 подвижного второго II компонентов и фокусируется в той же плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-10 неподвижного третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 11, при этом изображение формируется в той же плоскости чувствительных элементов и охлаждаемая диафрагма 12 фотоприемного устройства 11 является апертурной диафрагмой системы.

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

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения работает с относительным отверстием 1:4, в узком поле зрения фокусное расстояние $$f_{\max }^{\text{'}}=230мм$$ , в широком поле зрения - $$f_{\min }^{\text{'}}=34мм$$ , длина L=159,7 мм, при этом коэффициент телеукорочения $$T_L=L/f_{\max }^{\text{'}}=\mathrm{0,7}$$ . Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения) $$M=f_{\max }^{\text{'}}/f_{\min }^{\text{'}}=\mathrm{6,76}$$ .

Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить кратность изменения поля зрения в 1,7 раза и уменьшить значение коэффициента телеукорочения в 1,5 раза при сохранении качества изображения. Это позволяет увеличить поле обзора в режиме широкого поля зрения и уменьшить габариты и массу тепловизионного прибора.

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами. Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси трех компонентов. Первый неподвижный компонент содержит первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и отрицательную вогнуто-выпуклую третью линзу. Второй подвижный компонент установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержит первую и вторую отрицательные вогнуто-выпуклые линзы и дополнительно введенную третью двояковыпуклую линзу. Неподвижный третий компонент содержит первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы и введенную третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу. Подвижный второй компонент установлен в пространстве между неподвижными первым и третьим компонентами. Технический результат - повышение кратности изменения поля зрения и уменьшение значения коэффициента телеукорочения при сохранении качества изображения. 1 ил., 3 табл.

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения, состоящая из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые линзы и третью линзу, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную линзу и вторую линзу, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную линзы, и фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что в неподвижном первом компоненте первая линза выполнена отрицательной, вторая линза выполнена положительной, третья линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, в подвижном втором компоненте первая линза выполнена вогнуто-выпуклой, вторая линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой и дополнительно введена третья положительная двояковыпуклая линза, в неподвижном третьем компоненте первая и вторая линзы выполнены вогнуто-выпуклыми и дополнительно введены третья положительная выпукло-вогнутая линза и четвертая положительная вогнуто-выпуклая линза, причем подвижный второй компонент установлен в пространстве между неподвижными первым и третьим компонентами.