RU2525463C1 - Optical system for thermal imaging device - Google Patents

Optical system for thermal imaging device Download PDF

Info

Publication number
RU2525463C1
RU2525463C1 RU2013114939/28A RU2013114939A RU2525463C1 RU 2525463 C1 RU2525463 C1 RU 2525463C1 RU 2013114939/28 A RU2013114939/28 A RU 2013114939/28A RU 2013114939 A RU2013114939 A RU 2013114939A RU 2525463 C1 RU2525463 C1 RU 2525463C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
meniscus
photodetector
convex
positive
optical system
Prior art date
Application number
RU2013114939/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виллен Арнольдович Балоев
Владимир Петрович Иванов
Сергей Владимирович Рагинов
Ирина Анатольевна Скочилова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО")
Priority to RU2013114939/28A priority Critical patent/RU2525463C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2525463C1 publication Critical patent/RU2525463C1/en

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: optical system for a thermal imaging device comprises, arranged in series on the beam path, an input lens which constructs a real intermediate image and comprises a negative and a positive meniscus, and a projection lens mounted in front of a photodetector and comprising, arranged in series on the beam path, a first meniscus, a second negative meniscus whose convex side faces the photodetector, a third positive meniscus whose convex side faces the object space, and a fourth positive meniscus whose convex side faces the photodetector. In the input lens, the negative meniscus lies first on the beam path and after the positive meniscus there is an additional negative meniscus whose convex side faces the real intermediate image. In the projection lens, the first meniscus is positive and its convex side faces the photodetector, and the fourth meniscus is located between the third meniscus of the projection lens and the photodetector.
EFFECT: high resolution of the optical system of the thermal imaging device while maintaining compactness thereof.
1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике формирования изображений и может быть использовано при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.The invention relates to techniques for imaging and can be used to create thermal imaging devices for various purposes with cooled matrix photodetectors.

Известна оптическая система тепловизора с охлаждаемым фотоприемником (патент ЕР №1684105 А1, опубл. 27.07.2006 г.), содержащая входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, и проекционный объектив, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость расположения чувствительных элементов матричного фотоприемника.Known optical system of a thermal imager with a cooled photodetector (patent EP No. 1684105 A1, publ. 07/27/2006), containing an input lens that builds a valid intermediate image, and a projection lens that transfers the intermediate image to the plane of the sensing elements of the matrix photodetector.

Недостатком этой оптической системы является большое количество линз значительного диаметра во входном объективе, что приводит к увеличению массы оптической системы, и большой ассортимент материалов, из которых изготовлены линзы оптической системы.The disadvantage of this optical system is the large number of lenses of significant diameter in the input lens, which leads to an increase in the mass of the optical system, and a large assortment of materials from which the lenses of the optical system are made.

В качестве ближайшего к заявленному техническому решению взята оптическая система для тепловизионных приборов (патент РФ №2449328, МПК G02B 13/14, G02B 23/12, опубл. 27.04.12 г., пункты 1 и 4 формулы), содержащая, по крайней мере, входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, включающий последовательно расположенные по ходу лучей положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и проекционный объектив, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость расположения чувствительных элементов фотоприемного устройства, выполненный в составе последовательно расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов.An optical system for thermal imaging devices was taken as the closest to the claimed technical solution (RF patent No. 2449328, IPC G02B 13/14, G02B 23/12, publ. 04/27/12, paragraphs 1 and 4 of the formula), containing at least , an input lens that builds a valid intermediate image, including a positive meniscus convex to the space of objects sequentially located along the rays, a negative meniscus convex to the space of objects, and a projection lens that transfers the intermediate about the image in the plane of the arrangement of the sensitive elements of the photodetector, made as a part of sequentially located along the rays of the negative meniscus, convex to the space of objects, a biconvex lens, negative meniscus, convex to the image plane, positive meniscus, convex to the image plane and positive meniscus convex to the space of objects.

Недостатком этого технического решения является значительная общая длина оптической системы, равная 150 мм при небольшом эквивалентном фокусном расстоянии 60 мм, что означает невысокую разрешающую способность этой оптической системы при габаритах существенно превышающих ее фокусное расстояние. Показатель укорочения длины К в системе (Теория оптических систем. Учебник для вузов/Б.Н. Бегунов и др. М: Машиностроение, 1981 г., с.266), характеризуемый отношением длины от первой поверхности до фокальной плоскости к фокусному расстоянию, в прототипе составляет К=2,5.The disadvantage of this technical solution is the significant total length of the optical system, equal to 150 mm with a small equivalent focal length of 60 mm, which means the low resolution of this optical system with dimensions significantly exceeding its focal length. An indicator of shortening the length K in the system (Theory of optical systems. A textbook for high schools / BN Begunov et al. M: Mechanical Engineering, 1981, p.266), characterized by the ratio of the length from the first surface to the focal plane to the focal length, in the prototype is K = 2.5.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение разрешающей способности оптической системы тепловизионного прибора при сохранении ее компактности.The task to which the invention is directed is to increase the resolution of the optical system of a thermal imaging device while maintaining its compactness.

Поставленная задача решается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора, содержащей последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение и содержащий отрицательный и положительный мениски, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством и содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый мениск, второй отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, отличающейся тем, что во входном объективе первым по ходу лучей расположен отрицательный мениск, а за положительным мениском введен дополнительный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения, в проекционном объективе первый мениск выполнен положительным и выпуклой стороной направлен к фотоприемному устройству, а четвертый мениск расположен между третьим мениском проекционного объектива и фотоприемным устройством.The problem is solved in that in the optical system of a thermal imaging device containing an input lens sequentially located along the rays, constructing a valid intermediate image and containing negative and positive menisci, and a projection lens mounted in front of the photodetector and containing the first meniscus sequentially installed along the rays, the second negative meniscus convex to the photodetector, the third positive meniscus convex to the space of objects, and the fourth positive meniscus, convex to the photodetector, characterized in that the negative meniscus is placed first in the input lens along the rays, and an additional negative meniscus is introduced behind the positive meniscus, which is convex to the plane of the actual intermediate image, in the projection lens the first meniscus is made positive and convex side is directed to the photodetector, and the fourth meniscus is located between the third meniscus ektsionnogo lens and the photodetecting device.

На Фиг.1 показана схема оптической системы тепловизионного прибора. Оптическая система тепловизионного прибора содержит последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, содержащий отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству предметов, положительный мениск 2, обращенный выпуклостью к пространству предметов, отрицательный мениск 3, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения 4, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством 5, содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый положительный мениск 6, второй отрицательный мениск 7, обращенные выпуклостью к фотоприемному устройству 5, третий положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск 9, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству 5, и расположенный между третьим мениском 8 проекционного объектива и фотоприемным устройством 5. Входное окно 10 является частью конструкции фотоприемного устройства 5, охлаждаемая диафрагма 11 ограничивает апертуру лучей, попадающих на матрицу чувствительных элементов 12 фотоприемного устройства 5, а плоскость действительного промежуточного изображения 4 находится между отрицательным мениском 3 входного объектива и первым мениском 6 проекционного объектива.Figure 1 shows a diagram of the optical system of a thermal imaging device. The optical system of the thermal imaging device contains an input lens sequentially located along the rays, constructing a valid intermediate image containing a negative meniscus 1, convex to the space of objects, a positive meniscus 2, convex to the space of objects, a negative meniscus 3, convex to the plane of the actual intermediate image 4, and a projection lens mounted in front of the photodetector 5, comprising sequentially mounting along the rays of the first positive meniscus 6, the second negative meniscus 7, convex to the photodetector 5, the third positive meniscus 8, convex to the space of objects, and the fourth positive meniscus 9, convex to the photodetector 5, and located between the third meniscus 8 of the projection lens and photodetector 5. The input window 10 is part of the design of the photodetector 5, the cooled diaphragm 11 limits the aperture of the rays incident on the matrix in sensitive elements 12 of the photodetector unit 5, and the real intermediate image plane 4 is located between the negative meniscus lens 3 and the first input meniscus projection lens 6.

Оптическая схема работает следующим образом. Входной объектив, содержащий мениски 1, 2 и 3, строит действительное промежуточное изображение в плоскости 4, проекционный объектив, содержащий мениски 6, 7, 8 и 9, переносит его в плоскость изображения, совпадающую с матрицей чувствительных элементов 12 фотоприемного устройства 5.The optical design works as follows. An input lens containing menisci 1, 2, and 3 builds a valid intermediate image in plane 4, a projection lens containing menisci 6, 7, 8, and 9 transfers it to the image plane that matches the sensor array 12 of the photodetector 5.

Возможный вариант такой компактной оптической системы может иметь следующие параметры, приведенные в таблице.A possible variant of such a compact optical system may have the following parameters shown in the table.

ПозицияPosition Радиусы, ммRadii, mm Световой диаметр, ммLight diameter mm Толщины, ммThickness mm 1one r1=92.26r 1 = 92.26 66.066.0 7.07.0 r2=68.55r 2 = 68.55 59.559.5 Воздушный промежутокAir gap 2.02.0 22 r3=70.31r 3 = 70.31 61.361.3 10.010.0 r4=183.65r 4 = 183.65 59.059.0 Воздушный промежутокAir gap 24.024.0 33 r5=-148.94r 5 = -148.94 40.240.2 6.06.0 r6=-187.93r 6 = -187.93 35.835.8 Воздушный промежутокAir gap 69.269.2 66 r7=-80.17r 7 = -80.17 12.812.8 2.02.0 r8=-18.75r 8 = -18.75 12.812.8 Воздушный промежутокAir gap 1.01.0 77 r9=-15.996r 9 = -15.996 12.412.4 3.03.0 r10=-22.39r 10 = -22.39 14.014.0 Воздушный промежутокAir gap 1.01.0 88 r11=15.382r 11 = 15.382 13.413.4 3.03.0 r12=19.861r 12 = 19.861 11.811.8 Воздушный промежутокAir gap 3.03.0 99 r13=-15.066r 13 = -15.066 10.610.6 2.02.0 r14=-16.255r 14 = -16.255 11.411.4 Воздушный промежутокAir gap 2.52.5 Защитное окно 10Protective window 10 1one Расстояние до плоскости чувствительных элементов 12The distance to the plane of the sensing elements 12 2323

Таким образом, выполнение оптической системы в соответствии с формулой заявляемых материалов позволяет достичь повышения разрешающей способности за счет увеличения фокусного расстояния до 230 мм с 60 мм от наиболее близкого аналога при незначительном увеличении общей длины оптической системы с 150 мм в аналоге до 159,7 мм в заявленном устройстве. Показатель укорочения длины в заявленном устройстве составляет К=0,694.Thus, the implementation of the optical system in accordance with the formula of the claimed materials allows to increase the resolution by increasing the focal length up to 230 mm from 60 mm from the closest analogue with a slight increase in the total length of the optical system from 150 mm in the analogue to 159.7 mm in the claimed device. The length shortening indicator in the claimed device is K = 0.694.

Claims (1)

Оптическая система тепловизионного прибора, содержащая последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение и содержащий отрицательный и положительный мениски, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством и содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый мениск, второй отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, отличающаяся тем, что во входном объективе первым по ходу лучей расположен отрицательный мениск, а за положительным мениском введен дополнительный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения, в проекционном объективе первый мениск выполнен положительным и выпуклой стороной направлен к фотоприемному устройству, а четвертый мениск расположен между третьим мениском проекционного объектива и фотоприемным устройством. An optical system of a thermal imaging device, containing an input lens sequentially located along the rays, building a valid intermediate image and containing negative and positive menisci, and a projection lens mounted in front of the photodetector and containing the first meniscus and the second negative meniscus, convex to photodetector, the third positive meniscus, convex to the space of objects, and the fourth a false meniscus convex to the photodetector, characterized in that the negative meniscus is placed first in the input lens in the input lens, and an additional negative meniscus is introduced behind the positive meniscus, convex to the plane of the actual intermediate image, the first meniscus is positive and convex in the projection lens side facing the photodetector, and the fourth meniscus is located between the third meniscus of the projection lens and the photodetector a triple.
RU2013114939/28A 2013-04-03 2013-04-03 Optical system for thermal imaging device RU2525463C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114939/28A RU2525463C1 (en) 2013-04-03 2013-04-03 Optical system for thermal imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114939/28A RU2525463C1 (en) 2013-04-03 2013-04-03 Optical system for thermal imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2525463C1 true RU2525463C1 (en) 2014-08-20

Family

ID=51384480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013114939/28A RU2525463C1 (en) 2013-04-03 2013-04-03 Optical system for thermal imaging device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2525463C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2592707C1 (en) * 2015-07-14 2016-07-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Optical system for thermal imaging device
RU2614167C1 (en) * 2016-03-01 2017-03-23 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Optical system of thermal imaging device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136421A (en) * 1990-06-29 1992-08-04 Texas Instruments Incorporated Thermal imaging system and method using scene-average radiation as a thermal reference
DE102007015896A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-09 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Teleoptics for the infrared spectral range
RU2338227C2 (en) * 2006-08-07 2008-11-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Комета" Optical system for ir spectral region (versions)
RU2419113C1 (en) * 2009-08-06 2011-05-20 Татьяна Николаевна Хацевич Optical system with pinhole aperture for middle infrared range
RU2449328C1 (en) * 2010-11-02 2012-04-27 Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) Optical system for thermal imaging devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136421A (en) * 1990-06-29 1992-08-04 Texas Instruments Incorporated Thermal imaging system and method using scene-average radiation as a thermal reference
RU2338227C2 (en) * 2006-08-07 2008-11-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Комета" Optical system for ir spectral region (versions)
DE102007015896A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-09 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Teleoptics for the infrared spectral range
RU2419113C1 (en) * 2009-08-06 2011-05-20 Татьяна Николаевна Хацевич Optical system with pinhole aperture for middle infrared range
RU2449328C1 (en) * 2010-11-02 2012-04-27 Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) Optical system for thermal imaging devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2592707C1 (en) * 2015-07-14 2016-07-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Optical system for thermal imaging device
RU2614167C1 (en) * 2016-03-01 2017-03-23 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Optical system of thermal imaging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019086550A8 (en) Confocal scanning imaging systems with micro optical element arrays and methods of specimen imaging
US20170074650A1 (en) Binocular with integrated laser rangefinder
RU2630195C1 (en) Infrared telephoto lens with two vision fields
US20150241277A1 (en) Monolithic spectrometer arrangement
JP2013080130A5 (en)
RU150182U1 (en) HEAT DETECTOR-FAR
WO2017104276A1 (en) Imaging device
US11789233B2 (en) Objective, use of an objective, measurement system comprising an objective and use of a bi-aspherical plastic lens in an objective
RU2015125056A (en) Commander sighting and observation complex
RU2615162C1 (en) Four-mirror-lens optical system
RU2525463C1 (en) Optical system for thermal imaging device
RU131206U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE
CN202676583U (en) Light source system of light interference gas detection device
RU2663313C1 (en) Telephoto lens with two fields of view for the spectrum middle ir area
RU2339983C2 (en) Lens objective with variable focal length for operation in infrared spectrum (versions)
RU2543693C1 (en) Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region
CN103197403A (en) Aperture-divided optical lens for polarization imager
RU2628372C1 (en) Wide-angle lens
JP2018525682A (en) Dual-pupil dual-band wide-field re-imaging optical system
RU2621366C1 (en) Compact lens of mid-infrared range
US20220397747A1 (en) Objective, use of an objective and measurement system
JP6374375B2 (en) Imaging optical system and imaging apparatus
RU2548379C1 (en) Device for controlling laser range-finder
RU2567093C1 (en) Thermal imager
RU2698545C2 (en) Combined surveillance device - sight with built-in pulse laser range finder