ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА Российский патент 2016 года по МПК G02B13/14 G02B9/62 

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 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, МПК⁷ 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-выпуклую 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 T_L=L/f′=0,69. Элементарное поле зрения составляет γ=30/f′_max=0,13 мрад (формат матрицы фотоприемного устройства 320×240 с шагом элементов 30 мкм).

Недостатком указанной оптической системы является малое значение фокусного расстояния, не обеспечивающее достаточное разрешение тепловизионного прибора из-за большого элементарного поля зрения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение разрешения тепловизионного прибора путем уменьшения элементарного поля зрения за счет увеличения фокусного расстояния оптической системы при уменьшении коэффициента телеукорочения и высоком качестве изображения.

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 отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную линзу, проекционного объектива, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторую отрицательную и третью положительную линзы, и фотоприемного устройства, во входном объективе третья линза выполнена выпукло-вогнутой, в проекционном объективе вторая линза выполнена выпукло-вогнутой, третья линза выполнена двояковыпуклой.

На чертеже представлена схема оптической системы тепловизионного прибора.

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

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

Конструктивные параметры системы приведены в таблице 2.

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

Оптическая система работает следующим образом: излучение 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 f′=400 мм, длина L=245 мм, при этом коэффициент телеукорочения T_L=L/f′=0,61. Элементарное поле зрения составляет γ=30/f′=0,075 мрад (формат матрицы фотоприемного устройства 320×240 с шагом элементов 30 мкм).

Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет увеличить фокусное расстояние, уменьшив при этом элементарное поле зрения в 1,73 раза, что повышает разрешение тепловизионного прибора при высоком качестве изображения и уменьшении коэффициента телеукорочения в 1,13 раза.

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. Технический результат - повышение разрешения тепловизионного прибора за счет увеличения фокусного расстояния, позволяющего уменьшить элементарное поле зрения, при уменьшении коэффициента телеукорочения и высоком качестве изображения. 1 ил., 3 табл.

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