ИНФРАКРАСНАЯ СИСТЕМА С ТРЕМЯ ПОЛЯМИ ЗРЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G02B13/14 G02B15/14 

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.

Известно изобретение по патенту RU 2400784 C1, МПК⁷ G02B 13/14, публ. 27.09.2010 г. Сущностью известного технического решения является инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой, размещенной между последним компонентом объектива и плоскостью изображения, содержащий расположенные по ходу лучей оптически связанные первый и последний положительные компоненты и расположенный между ними подвижный компонент, включающий отрицательную и положительную линзы, имеющий два фиксированных положения на оптической оси для смены полей зрения; при этом первый компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных вогнутой стороной к плоскости изображений, последний компонент включает два положительных мениска, обращенных выпуклыми сторонами друг к другу, и отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к плоскости изображений, причем, в первом компоненте первый мениск является положительным, второй - отрицательным, после первого положительного компонента введен подвижный отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к плоскости изображений, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, при этом расстояния между вершинами преломляющих поверхностей подвижного отрицательного мениска и подвижного компонента являются различными в каждом из двух фиксированных положений; подвижный компонент выполнен положительным, в него введен отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к плоскости изображений, расположенный вплотную перед отрицательной линзой этого компонента, в последний компонент введен отрицательный мениск, расположенный вплотную перед положительными менисками этого компонента, все преломляющие поверхности инфракрасного объектива выполнены сферическими.

Объектив работает в спектральном диапазоне 7,7-10,3 мкм и обладает следующими характеристиками: относительное отверстие 1:2, максимальное фокусное расстояние ƒ'_max=210 мм, минимальное фокусное расстояние ƒ'_min=70 мм, длина объектива L=290 мм.

Недостатками указанного инфракрасного объектива являются малая кратность изменения фокусного расстояния М=ƒ'_max/ƒ'_min=3^х и высокий коэффициент телеукорочения T_L=L/ƒ'_max=1,38.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и назначению является инфракрасная оптическая система с тремя полями зрения, описанная в патенте CN 103064184 А, МПК⁷ G02B 27/00, 7/04, публ. 12.12.2012 г., которая включает в себя фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, второго подвижного компонента, в состав которого входят двояковогнутая и отрицательная выпукло-вогнутая линзы, третьего подвижного компонента, состоящего из двояковыпуклой линзы, четвертого компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, систему ломающих зеркал, проекционный объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой и второй выпукло-вогнутых положительных линз и третьей выпукло-вогнутой отрицательной линзы, и фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой.

Система работает в спектральном диапазоне 8-12 мкм и имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:2, 1:3, 1:4; ƒ'_max изменяется от 250 до 480 мм, ƒ'_cp - от 100 до 200 мм, ƒ'_min - от 10 до 30 мм. Компактность системы обеспечивается за счет применения двух ломающих зеркал.

В описании приведен вариант исполнения системы с относительным отверстием 1:2, для ƒ'_max=250 мм, ƒ'_cp=100 мм, ƒ'_min=30 мм. Длина системы от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения L=310 мм.

Недостатками данного технического решения являются большая длина оптической системы, вследствие чего система имеет высокий коэффициент телеукорочения T_L=1,24, и большая величина перемещения второй подвижной линзы, равная 42,4 мм.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание инфракрасной системы с тремя полями зрения с уменьшенными коэффициентом телеукорочения и величиной перемещения второго подвижного компонента.

Поставленная задача решается тем, что в инфракрасной системе с тремя полями зрения, содержащей фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу, и третьего компонента, содержащего положительную линзу, проекционный объектив, состоящий из первой и второй положительных линз и третьей выпукло-вогнутой асферической линзы, а также фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой, в фокусирующем объективе в первом компоненте первая линза выполнена асферической и дополнительно введена асферическая отрицательная выпукло-вогнутая линза, линза третьего компонента выполнена выпукло-вогнутой, асферической, в проекционном объективе первая и вторая линзы выполнены асферическими вогнуто-выпуклыми, третья линза выполнена положительной.

На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной системы с тремя полями зрения;

На фигуре 2 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в узком поле зрения;

На фигуре 3 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в среднем поле зрения;

На фигуре 4 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в широком поле зрения.

Инфракрасная система содержит фокусирующий объектив ФО, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего положительную 1 и отрицательную 2 выпукло-вогнутые линзы, второго компонента II, содержащего двояковогнутую асферическую линзу 3, и третьего компонента III, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу 4. Проекционный объектив ПО, состоит из первой 5 и второй 6 положительных вогнуто-выпуклых линз, и третьей 7 положительной выпукло-вогнутой линзы, а также фотоприемное устройство 8 с охлаждаемой диафрагмой 9. Второй II и третий III компоненты установлены с возможностью перемещения линз вдоль оптической оси независимо друг от друга.

В таблице 1 приведены основные параметры заявляемой инфракрасной системы.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемой инфракрасной системы.

d₂, d₃, d₄ - переменные воздушные промежутки.

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков.

В таблице 4 приведены основные соотношения, выполняемые в заявленной инфракрасной системе.

Инфракрасная система с тремя полями зрения работает следующим образом.

Излучение от бесконечно удаленного предмета падает на входную линзу (1), последовательно преломляясь линзами (2-4) фокусирующего объектива (ФО), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения. Далее излучение переносится линзами (5-7) проекционного объектива (ПО) в плоскость чувствительных элементов фотоприемного устройства (8). Выходной зрачок оптической системы совпадает с охлаждаемой диафрагмой (9) фотоприемного устройства (8). Третья (3) и четвертая (4) линзы, второго (II) и третьего (III) компонентов перемещаясь, независимо друг от друга вдоль оптической оси в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями, обеспечивают изменение фокусного расстояния и поля зрения системы. На фигурах 2-4 показан ход лучей для узкого, среднего и широкого полей зрения соответственно. Положение плоскости промежуточного изображения и плоскости чувствительных элементов приемника излучения при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.

Оптическая система с тремя полями зрения имеет величину перемещения третьего компонента, равную 10 мм, что 4,2 раза меньше чем в прототипе. Длина инфракрасной системы от первой поверхности до плоскости изображения составляет 180 мм, что в 1,72 раза меньше по сравнению с прототипом, вследствие чего коэффициент телеукорочения составляет 0,49, что в 2,55 раза меньше чем в прототипе.

Полученные результаты достигнуты за счет конструктивного исполнения оптических элементов и выбора для них соотношений, приведенных в таблице 4.

Таким образом, выполнение инфракрасной системы с тремя полями зрения в соответствии с предложенным техническим решением обеспечивает уменьшение коэффициента телеукорочения и уменьшение величины перемещения второго подвижного компонента.

Изобретение относится области оптического приборостроения и касается инфракрасной системы с тремя полями зрения. Система содержит фокусирующий объектив, проекционный объектив и фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой. Фокусирующий объектив состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную и отрицательную выпукло-вогнутые линзы, второго компонента, содержащего двояковогнутую линзу, и третьего компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу. Проекционный объектив состоит из первой и второй положительных вогнуто-выпуклых линз и третьей положительной выпукло-вогнутой линзы. Второй и третий компоненты установлены с возможностью перемещения линз вдоль оптической оси независимо друг от друга. Все линзы выполнены асферическими. Технический результат заключается в уменьшении коэффициента телеукорочения и величины перемещения второго подвижного компонента. 4 ил., 4 табл.

Инфракрасная система с тремя полями зрения, содержащая фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу, и третьего компонента, содержащего положительную линзу, проекционный объектив, состоящий из первой и второй положительных линз и третьей выпукло-вогнутой асферической линзы, а так же фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в фокусирующем объективе в первом компоненте первая линза выполнена асферической и дополнительно введена асферическая отрицательная выпукло-вогнутая линза, линза третьего компонента выполнена выпукло-вогнутой, асферической, в проекционном объективе первая и вторая линзы выполнены асферическими вогнуто-выпуклыми, третья линза выполнена положительной.