ИНФРАКРАСНАЯ СИСТЕМА С ДВУМЯ ПОЛЯМИ ЗРЕНИЯ Российский патент 2022 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 2630195 МПК G02B 13/02, G02B 13/14, G02B 15/14, публ. 05.09.2017 г. Объектив состоит из четырех, расположенных по ходу лучей, компонентов. Первый неподвижный положительный компонент состоит из положительного мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов, вторая поверхность которого асферическая, и отрицательного мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов, первая поверхность которого асферическая. Второй отрицательный подвижный компонент состоит из двояковогнутой линзы, вторая поверхность которой асферическая, и имеет два фиксированных положения на оптической оси между первым и третьим неподвижными компонентами для переключения полей зрения. Третий неподвижный положительный компонент состоит из положительного мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов, вторая поверхность которого асферическая, и отрицательного мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов, первая поверхность которого асферическая. Четвертый неподвижный положительный компонент состоит из положительного мениска, обращенного выпуклой стороной к пространству предметов, вторая поверхность которой асферо-дифракционная. Между третьим и четвертым компонентами имеется промежуточное изображение.

Объектив работает в спектральном диапазоне 3,7 - 4,85 мкм и имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:4, фокусное расстояние в узком поле зрения фокусное расстояние в широком поле зрения

Недостатками данного технического решения являются малое угловое разрешение, которое составляет для фотоприемного устройства с шагом элемента а=15 мкм, и малое относительное отверстие оптической системы.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и назначению является инфракрасный объектив с двумя полями зрения по патенту US 2010/0033578, МПК H04N 5/33, G02B 15/14, публ. 11.02.2010 г., состоящий из трех компонентов: неподвижных первого и третьего и подвижного второго. Неподвижный первый компонент содержит первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу из германия, вторую положительную двояковыпуклую линзу из селенида цинка с асферическими поверхностями, третью отрицательную выпукло-вогнутую линзу из фтористого кальция, четвертую положительную выпукло-вогнутую линзу из селенида цинка и пятую отрицательную выпукло-вогнутую линзу из германия, второй подвижный компонент содержит отрицательную вогнуто-выпуклую линзу из германия с асферическими поверхностями, третий неподвижный компонент содержит первую положительную двояковыпуклую линзу из германия с асферическими поверхностями и вторую положительную двояковыпуклую линзу из германия. Изменение поля зрения осуществляется путем перемещения подвижного компонента вдоль оптической оси в пространстве между первым и третьим компонентами. Плоскость промежуточного изображения в узком поле зрения располагается между вторым и третьем компонентами, а в широком - между первым и вторым компонентами.

Инфракрасный объектив работает в спектральном диапазоне 3,5-5 мкм и имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:2,7, фокусное расстояние в узком поле зрения фокусное расстояние в широком поле зрения длина оптической системы L не более 150 мм, коэффициент телеукорочения не более 0,83.

Недостатком данного технического решения является малое угловое разрешение, которое составляет для фотоприемного устройства с шагом элемента

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение углового разрешения инфракрасной системы за счет увеличения фокусного расстояния в узком поле зрения при сохранении компактности.

Поставленная задача решается за счет того, что в инфракрасной системе с двумя полями зрения, состоящей из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого неподвижного компонента, содержащего первую выпукло-вогнутую линзу и вторую линзу, второго подвижного компонента, содержащего отрицательную линзу, вторая поверхность которой асферическая, третьего неподвижного компонента, содержащего первую двояковыпуклую линзу, вторая поверхность которой асферическая и вторую линзу, а также фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой, в соответствии с изобретением в первом компоненте первая линза выполнена положительной, вторая поверхность которой асферическая, а вторая линза - отрицательной выпукло-вогнутой, во втором компоненте первая линза выполнена выпукло-вогнутой и дополнительно введена отрицательная вогнуто-выпуклая линза, первая поверхность которой асферическая, при этом линзы второго компонента установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси независимо друг от друга, в третьем компоненте вторая линза выполнена отрицательной выпукло-вогнутой и дополнительно введена положительная вогнуто-выпуклая линза, вторая поверхность которой асферическая.

На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной системы с двумя полями зрения с расположением компонентов, соответствующим фокусному расстоянию в узком поле зрения 195 мм.

На фигуре 2 представлена оптическая схема с ходом лучей в узком поле зрения.

На фигуре 3 представлена оптическая схема с ходом лучей в широком поле зрения.

Инфракрасная система с двумя полями зрения состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого неподвижного компонента (I), содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу (1), вторая поверхность которой асферическая и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу (2), второго подвижного компонента (II), содержащего первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу (3), вторая поверхность которой асферическая и вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу (4), первая поверхность которой асферическая, при этом линзы второго компонента установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси независимо друг от друга, третьего неподвижного компонента (III), содержащего двояковыпуклую линзу (5), вторая поверхность которой асферическая, отрицательную выпукло-вогнутую линзу (6) и положительную вогнуто-выпуклую линзу (7), вторая поверхность которой асферическая, а также фотоприемного устройства (9) с охлаждаемой диафрагмой (8).

В таблице 1 приведены основные параметры заявляемой инфракрасной системы.

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

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков.

Инфракрасная система с двумя полями зрения работает следующим образом.

В узком поле зрения (фиг.2) излучение от бесконечно удаленного предмета падает на входную линзу (1), последовательно преломляется линзами (2-4) и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами (5-7) переносится в плоскость чувствительных элементов фотоприемного устройства (9). Плоскость промежуточного изображения располагается между вторым и третьим компонентами.

В широком поле зрения (фиг.3) излучение от бесконечно удаленного предмета линзами (1-2) фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами (3-7) переносится в плоскость чувствительных элементов фотоприемного устройства (9). Плоскость промежуточного изображения располагается между первым и вторым компонентами.

Выходной зрачок оптической системы совпадает с охлаждаемой диафрагмой (8) фотоприемного устройства (9). Перемещением третьей (3) и четвертой (4) линз второго компонента (II), в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями, обеспечиваются изменения фокусного расстояния и углового поля зрения системы. Положение плоскости чувствительных элементов фотоприемного устройства (9) при изменении фокусного расстояния остается неизменным.

Оптическая система с двумя полями зрения имеет угловое разрешение, которое составляет для фотоприемного устройства с шагом элемента При фокусном расстоянии в узком поле зрения и длине оптической системы L=134 мм коэффициент телеукорочения T_L=0,687, что обеспечивает компактность заявленной системы. Полученные результаты достигнуты за счет конструктивного исполнения компонентов и их взаимного расположения.

Таким образом, выполнение инфракрасной системы с двумя полями зрения в соответствии с предложенным техническим решением обеспечивает повышение углового разрешения инфракрасной системы в узком поле зрения при сохранении компактности.

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения. Заявленная инфракрасная система состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси трех компонентов и фотоприемного устройства. Первый неподвижный компонент содержит первую положительную выпукло-вогнутую линзу, вторая поверхность которой асферическая, и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу. Второй подвижный компонент содержит первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу, вторая поверхность которой асферическая, и вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, первая поверхность которой асферическая. Третий неподвижный компонент содержит двояковыпуклую линзу, вторая поверхность которой асферическая, отрицательную выпукло-вогнутую линзу и положительную вогнуто-выпуклую линзу, вторая поверхность которой также асферическая. Линзы второго компонента установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси независимо друг от друга. Технический результат - повышение углового разрешения инфракрасной системы в узком поле зрения при сохранении компактности за счет конструктивного исполнения компонентов и их взаимного расположения. 3 ил., 3 табл.

Инфракрасная система с двумя полями зрения, состоящая из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого неподвижного компонента, содержащего первую выпукло-вогнутую линзу и вторую линзу, второго подвижного компонента, содержащего отрицательную линзу, вторая поверхность которой асферическая, третьего неподвижного компонента, содержащего первую двояковыпуклую линзу, вторая поверхность которой асферическая, и вторую линзу, а также фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой, отличающаяся тем, что в первом компоненте первая линза выполнена положительной, вторая поверхность которой асферическая, а вторая линза - отрицательной выпукло-вогнутой, во втором компоненте первая линза выполнена выпукло-вогнутой и дополнительно введена отрицательная вогнуто-выпуклая линза, первая поверхность которой асферическая, при этом линзы второго компонента установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси независимо друг от друга, в третьем компоненте вторая линза выполнена отрицательной выпукло-вогнутой и дополнительно введена положительная вогнуто-выпуклая линза, вторая поверхность которой асферическая.