RU149238U1

RU149238U1 - Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения

Info

Publication number: RU149238U1
Application number: RU2014138572/28U
Authority: RU
Inventors: Виллен Арнольдович Балоев; Владимир Петрович Иванов; Сергей Владимирович Рагинов; Ирина Анатольевна Скочилова; Дина Нургазизовна Шарифуллина
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2014-12-27

Abstract

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 и 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 фотоприемное устройство, 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.

Description

Полезная модель относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использована при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.

Известна инфракрасная система с двумя полями зрения (см. патент RU 2400784 C1, МПК⁷ G02B 13/14 публ. 27.09.2010 г.), в которой трехкратное изменение поля зрения осуществляется перемещением двух компонентов вдоль оптической оси, при этом максимальное фокусное расстояние

составляет 210 мм, минимальное

- 70 мм, длина L - 300 мм и коэффициент телеукорочения

.

Также известна инфракрасная система с дискретно изменяемым фокусным расстоянием (см. патент RU 2481602 C1, МПК⁷ G02B 15/02 публ. 10.05.2013 г.), в которой изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного компонента, при этом максимальное фокусное расстояние

составляет 200 мм, минимальное

- 70 мм, длина L -215 мм. Кратность изменения фокусного расстояния

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 A, МПК⁷ G02B 13/00 публ. 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

, в широком поле зрения

, длина L=260 мм, при этом коэффициент телеукорочения

. Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения)

. 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 направлена полезная модель, 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, 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 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, при чем подвижный второй компонент установлен в пространстве между неподвижными первым и третьим компонентами с возможностью ввода-вывода в оптический тракт.

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.

Таблица 1
Технические характеристики		Узкое поле зрения		Широкое поле зрения
Спектральный диапазон работы, мкм		3-5
Фокусное расстояние, мм		230		34
Диаметр входного зрачка, мм		57,5		8,5
Угловое поле зрения, град		2,4×1,8		16,1×12,1
Таблица 2
Линза №	Радиус сферической поверхности, мм		Толщина по оси, мм		Материал
1	r₁=90,26		d₁=7		Германий
	r₂=68,55
			d₂=2
2	r₃=70,31²⁾		d₃=10		Кремний
	r₄=183,65
			d₄=24
3	r₅=-148,94		d₅=6		Германий
	r₆=-187,93
			d₆=13
4	r₇=-13,065		d₇=2		Германий
	r₈=-43,65
			d₈=11,5
5	r₉=-21,28		d₉=3		Германий
	r₁₀=-50,47
			d₁₀=1
6	r₁₁=-77,82¹⁾		d₁₁=4		Кремний
	r₁₂=-26,55
			d₁₂=34,7
7	r₁₃=-80,17		d₁₃=2		Кремний
	r₁₄=-18,75
			d₁₄=1
8	r₁₅=-15,996		d₁₅=3		Германий
	r₁₆=22,39
			d₁₆=1
9	r₁₇=15,382		d₁₇=3		Кремний
	r₁₈=19,861
			d₁₈=3
10	r₁₉=-15,066		d₁₉=2		Германий
	r₂₀=-16,255
			d₂₀=26,5
¹⁾ - асферическая поверхность.

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

Таблица 3
Фокусное расстояние, мм	Концентрация энергии в кружке диаметром 30 мкм, %
Фокусное расстояние, мм	в центре поля зрения	на краю поля зрения по горизонту
230	74	60
34	72	67

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

, в широком поле зрения -

, длина L=159,7 мм, при этом коэффициент телеукорочения

.

Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения)

.

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.