RU2567444C1 - Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region - Google Patents

Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region Download PDF

Info

Publication number
RU2567444C1
RU2567444C1 RU2014134931/28A RU2014134931A RU2567444C1 RU 2567444 C1 RU2567444 C1 RU 2567444C1 RU 2014134931/28 A RU2014134931/28 A RU 2014134931/28A RU 2014134931 A RU2014134931 A RU 2014134931A RU 2567444 C1 RU2567444 C1 RU 2567444C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermal imaging
lens
imaging system
meniscus
mid
Prior art date
Application number
RU2014134931/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Тихоновна Полякова
Сергей Николаевич Скляров
Расима Мухаметдиновна Черкашина
Евгений Иванович Шишов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
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 "Красногорский завод им. С.А. Зверева" filed Critical Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority to RU2014134931/28A priority Critical patent/RU2567444C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2567444C1 publication Critical patent/RU2567444C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: optical thermal imaging system comprises, arranged on a beam path, an input lens which constructs a real intermediate image and a projection lens placed in front of a photodetector. The input lens has two components in the form of two series-arranged positive and negative menisci which face the object space with their convex side. The projection lens has three components made from, arranged in series on the beam path, a first negative meniscus, a biconvex lens and a third positive meniscus facing the object space with its convex side.
EFFECT: fewer optical elements with diffraction-limited image quality.
3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве оптической системы различных приборов, например оптической системы тепловизионной камеры.The invention relates to optical instrumentation and can be used as an optical system for various devices, for example, an optical system of a thermal imaging camera.

Известна оптическая система для ИК-области спектра, описанная в патенте RU №2338227, МПК G02B 13/14, G02B 9/64, опубл. 20.02.2008. Данная оптическая система имеет удаленный зрачок, но ее аберрации исправлены для дальней ИК-области спектра, что не позволяет использовать ее для средней ИК-области спектра, кроме того, она имеет большое количество линз, что усложняет технологию ее производства.A known optical system for the infrared region of the spectrum described in patent RU No. 2338227, IPC G02B 13/14, G02B 9/64, publ. 02/20/2008. This optical system has a remote pupil, but its aberrations are corrected for the far infrared region of the spectrum, which does not allow using it for the middle infrared region of the spectrum, in addition, it has a large number of lenses, which complicates the technology of its production.

Известны также оптическая система для тепловизионных приборов, описанная в патенте RU №2449328, МПК G02B 13/14, G02B 23/12, опубл. 27.04.2012, и оптическая система с вынесенной апертурной диафрагмой для среднего ИК-диапазона в патенте RU №2419113, МПК G02B 13/14, G02B 9/64, опубл. 20.05.2011. Обе оптические системы имеют большое количество линз, что снижает коэффициент пропускания этих систем и усложняет технологию их производства.An optical system for thermal imaging devices is also known, described in patent RU No. 2449328, IPC G02B 13/14, G02B 23/12, publ. 04/27/2012, and an optical system with a remote aperture diaphragm for the mid-IR range in patent RU No. 2419113, IPC G02B 13/14, G02B 9/64, publ. 05/20/2011. Both optical systems have a large number of lenses, which reduces the transmittance of these systems and complicates the technology of their production.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является оптическая система тепловизионного прибора по патенту на полезную модель RU №131206, МПК G02B 13/14, опубл. 10.08.2013. Оптическая система тепловизионного прибора содержит последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, содержащий отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством, содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый положительный мениск, второй отрицательный мениск, обращенные выпуклостью к фотоприемному устройству, третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству и расположенный между третьим мениском проекционного объектива и фотоприемным устройством. Недостатками данной оптической системы являются большое количество оптических элементов, что делает ее производство нетехнологичной, а также снижает коэффициент пропускания, что ограничивает эксплуатационные характеристики.The closest analogue to the claimed technical solution is the optical system of a thermal imaging device according to the patent for utility model RU No. 131206, IPC G02B 13/14, publ. 08/10/2013. The optical system of a thermal imaging device contains an input lens sequentially located along the rays, constructing a valid intermediate image containing a negative meniscus convex to the space of objects, a positive meniscus convex to the space of objects, a negative meniscus convex to the plane of the actual intermediate image, and a projection a lens mounted in front of the photodetector comprising sequentially mounted along the beam first positive meniscus second negative meniscus facing convex toward photodetectors, and the third positive meniscus convexity to the space objects, and a fourth positive meniscus convexity to photodetectors and disposed between the third meniscus lens and the projection photodetecting device. The disadvantages of this optical system are a large number of optical elements, which makes its production low-tech, and also reduces transmittance, which limits operational characteristics.

Задача изобретения - создание оптической тепловизионной системы для средней ИК-области спектра с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is the creation of an optical thermal imaging system for the middle infrared region of the spectrum with improved technological and operational characteristics.

Технический результат - уменьшение количества оптических элементов при обеспечении дифракционно-ограниченного качества изображения за счет изменения формы линз и оптимизации аберраций.The technical result is a reduction in the number of optical elements while ensuring diffraction-limited image quality by changing the shape of the lenses and optimizing aberrations.

Это достигается тем, что в оптической тепловизионной системе для средней ИК-области спектра, содержащей расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, выполненный из отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклостями к пространству предметов, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством и выполненный из последовательно установленных по ходу лучей первого мениска, второго компонента и третьего положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, в отличие от известного, во входном объективе два компонента, при этом первым по ходу лучей расположен положительный мениск, а в проекционном объективе три компонента, при этом первый мениск отрицательный и обращен выпуклостью к пространству предметов, а второй компонент - двояковыпуклая линза.This is achieved by the fact that in the optical thermal imaging system for the mid-IR region of the spectrum, containing an input lens located along the rays, constructing a real intermediate image made of negative and positive menisci, convex to the space of objects, and a projection lens mounted in front of the photodetector and made of sequentially installed along the rays of the first meniscus, the second component and the third positive meniscus, convex space objects, in contrast to the known, the input lens, the two components, the first of the ray path is a positive meniscus, and a projection lens three components, wherein the first meniscus negative and is convex toward the object space, and the second component - a biconvex lens.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предложенной оптической тепловизионной системы для средней ИК-области, на фиг. 2 - график числа Штреля, на фиг. 3 - график кривизны поля и дисторсии.In FIG. 1 is an optical diagram of the proposed optical thermal imaging system for the mid-infrared region, FIG. 2 is a graph of the Strehl number, in FIG. 3 is a graph of field curvature and distortion.

Оптическая тепловизионная система для средней ИК-области спектра (фиг. 1) состоит по ходу лучей из входного объектива 1, строящего промежуточное действительное изображение и проекционного объектива 2, за которым установлено фотоприемное устройство 3. Входной объектив 1 выполнен в виде положительного мениска 4 и отрицательного мениска 5, обращенных выпуклостью к пространству предметов. Проекционный объектив 2, установлен перед фотоприемным устройством 3 и содержит последовательно установленные по ходу лучей отрицательный мениск 6, обращенный выпуклостью к пространству предметов, двояковыпуклую линзу 7 и положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к пространству предметов. Входное окно 9 является частью конструкции фотоприемного устройства 3, охлаждаемая диафрагма 10 ограничивает апертуру лучей, попадающих на матрицу чувствительных элементов 11 фотоприемного устройства 3.The optical thermal imaging system for the mid-IR region of the spectrum (Fig. 1) consists in the direction of the rays from the input lens 1, which constructs an intermediate real image and a projection lens 2, behind which the photodetector 3 is installed. The input lens 1 is made in the form of a positive meniscus 4 and negative meniscus 5, convex to the space of objects. The projection lens 2 is mounted in front of the photodetector 3 and contains a negative meniscus 6, which is convex to the space of objects, a biconvex lens 7, and a positive meniscus 8, which is convex to the space of objects, sequentially installed along the rays. The input window 9 is part of the design of the photodetector 3, the cooled diaphragm 10 limits the aperture of the rays incident on the sensor array 11 of the photodetector 3.

Оптическая тепловизионная система для средней ИК-области спектра работает следующим образом: световой поток, исходящий из бесконечно удаленной точки предмета попадает на первую поверхность входного объектива 1, проходит через мениски 4, 5, формирует промежуточное изображение, далее световой поток попадает на первую поверхность проекционного объектива 2, проходит через мениск 6, двояковыпуклую линзу 7, мениск 8, через входное окно 9 попадает в фотоприемное устройство 3 и формирует изображение предмета на матрице чувствительных элементов 11.An optical thermal imaging system for the mid-IR region of the spectrum works as follows: the light flux emanating from an infinitely distant point of the object hits the first surface of the input lens 1, passes through the menisci 4, 5, forms an intermediate image, then the light flux hits the first surface of the projection lens 2, passes through the meniscus 6, the biconvex lens 7, the meniscus 8, through the input window 9 enters the photodetector 3 and forms an image of the object on the sensor matrix 11.

В соответствии с предложенным решением рассчитана конкретная оптическая система, конструктивные параметры которой приведены в таблице 1.In accordance with the proposed solution, a specific optical system was calculated, the design parameters of which are given in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Характеристики рассчитанной оптической тепловизионной системы для средней ИК-области спектра:Characteristics of the calculated optical thermal imaging system for the mid-IR region:

фокусное расстояние f′=200 ммfocal length f ′ = 200 mm

относительное отверстие 1:4relative aperture 1: 4

угол поля зрения 2ω=3,5°field of view angle 2ω = 3.5 °

На фигурах 2, 3 приведены графики числа Штреля для центра и края поля в зависимости от величины дефокусировки и графики аберраций рассчитанной оптической тепловизионной системы.Figures 2, 3 show plots of the Strehl number for the center and edge of the field, depending on the amount of defocusing and the aberration plots of the calculated optical thermal imaging system.

Предлагаемая оптическая тепловизионная система для средней ИК-области спектра имеет высокое качество изображения, что подтверждается графиками числа Штреля (фиг. 2) - оптическая система имеет дифракционно-ограниченное качество изображения для оси и края поля зрения, и графиками кривизны поля и дисторсии (фиг. 3) - астигматизм не более 0,14 мм, дисторсия не более 0,6%.The proposed optical thermal imaging system for the mid-IR region of the spectrum has high image quality, as evidenced by the Strehl graphs (Fig. 2) - the optical system has diffraction-limited image quality for the axis and edges of the field of view, and graphs of the curvature of the field and distortion (Fig. 3) - astigmatism is not more than 0.14 mm, distortion is not more than 0.6%.

Таким образом, достигнут технический результат - создана оптическая тепловизионная система для средней ИК-области спектра с уменьшенным количеством оптических элементов, при этом система имеет дифракционно-ограниченное качество изображения.Thus, a technical result was achieved - an optical thermal imaging system was created for the mid-IR region of the spectrum with a reduced number of optical elements, while the system has diffraction-limited image quality.

Claims (1)

Оптическая тепловизионная система для средней ИК-области спектра, содержащая расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение и выполненный из отрицательного и положительного менисков, обращенных выпуклостями к пространству предметов, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством и выполненный из последовательно установленных по ходу лучей первого мениска, второго компонента и третьего положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, отличающаяся тем, что во входном объективе два компонента, при этом первым по ходу лучей расположен положительный мениск, а в проекционном объективе три компонента, при этом первый мениск отрицательный и обращен выпуклостью к пространству предметов, а второй компонент - двояковыпуклая линза. An optical thermal imaging system for the mid-IR region of the spectrum, containing an input lens located along the rays, building a valid intermediate image and made of negative and positive menisci convex to the space of objects, and a projection lens mounted in front of the photodetector and made of sequentially mounted the path of the rays of the first meniscus, the second component and the third positive meniscus, convex to the space of objects, characterized in that there are two components in the input lens, with the positive meniscus being the first in the direction of the rays, and three components in the projection lens, while the first meniscus is negative and convex to the space of objects, and the second component is a biconvex lens.
RU2014134931/28A 2014-08-28 2014-08-28 Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region RU2567444C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014134931/28A RU2567444C1 (en) 2014-08-28 2014-08-28 Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014134931/28A RU2567444C1 (en) 2014-08-28 2014-08-28 Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2567444C1 true RU2567444C1 (en) 2015-11-10

Family

ID=54537027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014134931/28A RU2567444C1 (en) 2014-08-28 2014-08-28 Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2567444C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4801183A (en) * 1984-08-07 1989-01-31 Pilkington P.E. Limited Infra-red optical systems
US5933272A (en) * 1998-05-28 1999-08-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Dual field of view afocal
JP2007264191A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nikon Corp Infrared optical system
RU2419113C1 (en) * 2009-08-06 2011-05-20 Татьяна Николаевна Хацевич Optical system with pinhole aperture for middle infrared range
RU118446U1 (en) * 2011-12-26 2012-07-20 Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) OPTICAL SYSTEM OF THERMAL VISION INSTRUMENTS
RU131206U1 (en) * 2013-04-03 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО "ГИПО") OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4801183A (en) * 1984-08-07 1989-01-31 Pilkington P.E. Limited Infra-red optical systems
US5933272A (en) * 1998-05-28 1999-08-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Dual field of view afocal
JP2007264191A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nikon Corp Infrared optical system
RU2419113C1 (en) * 2009-08-06 2011-05-20 Татьяна Николаевна Хацевич Optical system with pinhole aperture for middle infrared range
RU118446U1 (en) * 2011-12-26 2012-07-20 Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) OPTICAL SYSTEM OF THERMAL VISION INSTRUMENTS
RU131206U1 (en) * 2013-04-03 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО "ГИПО") OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102494776B1 (en) Image pickup lens
KR20160068504A (en) Optical system
RU2611100C1 (en) High-aperture lens
KR20170001640U (en) Near-infrared imaging lens
EP4235250A3 (en) Two-color very wide field of view refractive eyepiece-type optical form
RU2630195C1 (en) Infrared telephoto lens with two vision fields
KR102628422B1 (en) Image pickup lens, camera module and digital device including the same
JP2015138121A5 (en)
RU2543693C1 (en) Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region
RU2663313C1 (en) Telephoto lens with two fields of view for the spectrum middle ir area
RU2570062C1 (en) Optical system for thermal imaging device having two viewing fields
RU2630194C1 (en) Large-aperture lens
RU2723338C1 (en) Fast lens
RU2567444C1 (en) Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region
RU2621366C1 (en) Compact lens of mid-infrared range
RU2645912C1 (en) High-aperture lens
RU170736U1 (en) LIGHT LIGHT FOR INFRARED SPECTRUM
RU2586273C1 (en) High-aperture lens
RU162347U1 (en) LIGHT ACHROMATIC LENS LENS OF INFRARED RANGE
RU162318U1 (en) TWO-LENS LENS
RU162339U1 (en) TWO-LENS LENS
RU163268U1 (en) TWO-LENS LENS
JP2015215494A5 (en)
KR101554130B1 (en) Long wavelength infrared optical system with wide field of view
RU155281U1 (en) LIGHT WIDTH WIDE ANGLE LENS