RU2614167C1 - Optical system of thermal imaging device - Google Patents

Optical system of thermal imaging device Download PDF

Info

Publication number
RU2614167C1
RU2614167C1 RU2016107504A RU2016107504A RU2614167C1 RU 2614167 C1 RU2614167 C1 RU 2614167C1 RU 2016107504 A RU2016107504 A RU 2016107504A RU 2016107504 A RU2016107504 A RU 2016107504A RU 2614167 C1 RU2614167 C1 RU 2614167C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
positive
convex
concave
optical system
Prior art date
Application number
RU2016107504A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виллен Арнольдович Балоев
Владимир Петрович Иванов
Наталья Геннадьевна Нигматуллина
Сергей Владимирович Рагинов
Ирина Анатольевна Скочилова
Дина Нургазизовна Шарифуллина
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "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 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority to RU2016107504A priority Critical patent/RU2614167C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2614167C1 publication Critical patent/RU2614167C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/62Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having six components only

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: optical system consists of the input object lens sequentially arranged along the optical axis, forming an intermediate image and including the first positive, the second negative and the third positive convex-concave lenses of the projection object lens comprising the first bi-convex, the second negative concavo-convex and the third positive convexo-concave lens, and the photodetector with a cooled diaphragm.
EFFECT: improving the quality of the system image in the entire view field maintaining the size and reducing weight.
2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.The invention relates to infrared optical systems and can be used to create thermal imaging devices for various purposes with cooled matrix photodetectors.

Известна оптическая система для тепловизионных приборов (см. патент на изобретение RU 2449328 A, МПК7 G02B 13/14, 23/12, опубл. 27.04.2010 г.), содержащая входной объектив из двух линз и проекционный объектив из пяти линз, при этом фокусное расстояние f составляет 60 мм.A known optical system for thermal imaging devices (see patent for the invention RU 2449328 A, IPC 7 G02B 13/14, 23/12, publ. 04/27/2010), containing an input lens of two lenses and a projection lens of five lenses, this focal length f is 60 mm.

Также известна оптическая система для тепловизионных приборов (см. патент на изобретение RU 2338227 C1, МПК7 G02B 13/14, 9/64, опубл. 10.11.2008 г.), содержащая входной объектив из трех линз и проекционный объектив из четырех линз, при этом фокусное расстояние f составляет 150 мм.An optical system for thermal imaging devices is also known (see patent for invention RU 2338227 C1, IPC7 G02B 13/14, 9/64, publ. 10.11.2008), containing an input lens of three lenses and a projection lens of four lenses, when this focal length f is 150 mm.

Недостатком указанных систем является малое значение фокусного расстояния.The disadvantage of these systems is the small value of the focal length.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, принятой за прототип, является оптическая система тепловизионного прибора (см. патент на изобретение RU 2525463 U1, МПК G02B 13/14, 13/16, 9/64, опубл. 20.08.2014 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, проекционного объектива, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклые линзу, и фотоприемного устройства. Оптическая система работает с относительным отверстием 1:4, фокусное расстояние объектива f=230 мм, длина L=159,7 мм, при этом коэффициент телеукорочения TL=L/f=0,69. В приведенных конструктивных параметрах примера конкретного исполнения системы отсутствуют данные о материалах линз. С учетом ограниченности номенклатуры используемых в инфракрасной области оптических материалов, получение заявленных характеристик системы возможно только при выполнении первой и третьей линз входного объектива и второй и четвертой линз проекционного объектива из германия, а второй линзы входного объектива, первой и третьей линз проекционного объектива - из кремния. При таком варианте исполнения масса оптических элементов всей системы m составляет 270 г, причем масса входного объектива mI составляет 263 г за счет наличия в нем двух линз из германия большого диаметра и толщины. В описываемой системе конструкция входного объектива обеспечивает высокое качество изображения в центре поля зрения за счет выполнения первого компонента из двух линз, имеющих большее число коррекционных параметров. Конструктивное выполнение третьей линзы не позволяет обеспечить хорошего качества изображения по всему полю зрения. Для данного примера конкретного исполнения концентрация энергии в кружке диаметром 30 мкм составляет в центре поля зрения 75%, в середине - 66%, на краю - 25% (при размере изображения 12 мм по диагонали).The closest in technical essence to the claimed optical system adopted for the prototype is the optical system of a thermal imaging device (see patent for invention RU 2525463 U1, IPC G02B 13/14, 13/16, 9/64, published on 08/20/2014 ), consisting of an input lens located along the optical axis that forms an intermediate image and contains the first negative and second positive convex-concave lenses and the third negative concave-convex lens, a projection lens containing the first positive and second negative NLRB-convex lens, a positive third convex-concave lens and a positive fourth concave-convex lens, and photodetector. The optical system operates with a relative aperture of 1: 4, the focal length of the lens f = 230 mm, the length L = 159.7 mm, and the tele-shortening factor T L = L / f = 0.69. In the given design parameters of an example of a specific embodiment of the system, there are no data on lens materials. Given the limited range of optical materials used in the infrared region, obtaining the claimed system characteristics is possible only when the first and third lenses of the input lens and the second and fourth lenses of the projection lens are made from Germany, and the second lenses of the input lens, the first and third lenses of the projection lens are made of silicon . With this embodiment, the mass of the optical elements of the entire system m is 270 g, and the mass of the input lens m I is 263 g due to the presence of two large diameter and thick germanium lenses in it. In the described system, the design of the input lens provides high image quality in the center of the field of view due to the implementation of the first component of two lenses with a larger number of correction parameters. The design of the third lens does not allow to provide good image quality over the entire field of view. For this particular embodiment, the energy concentration in a circle with a diameter of 30 μm is 75% in the center of the field of view, 66% in the middle, and 25% at the edge (with an image size of 12 mm diagonally).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества изображения системы во всем поле зрения при сохранении габаритов и уменьшении массы.The problem to which the invention is directed, is to improve the image quality of the system in the entire field of view while maintaining dimensions and reducing weight.

Указанная цель достигается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора, состоящей из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые и третью линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства, во входном объективе первая линза выполнена положительной, вторая выполнена отрицательной и третья линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, в проекционном объективе первая линза выполнена двояковыпуклой.This goal is achieved by the fact that in the optical system of a thermal imaging device, consisting of a sequentially arranged along the optical axis of the input lens, forming an intermediate image and containing the first and second convex-concave and third lenses, a projection lens containing the first positive, second negative concave-convex and the third positive convex-concave lens, and a photodetector, in the input lens, the first lens is positive, the second is negative and three your lens is positive convex-concave; in the projection lens, the first lens is biconvex.

На фигуре 1 представлена схема оптической системы тепловизионного прибора.The figure 1 presents a diagram of the optical system of a thermal imaging device.

На фигуре 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы по полю зрения в кружке рассеяния диаметром 30 мкм.The figure 2 presents graphs of the function of the energy concentration (FFE) of the system according to the field of view in a scattering circle with a diameter of 30 μm.

Оптическая система состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива I, содержащего первую положительную 1, вторую отрицательную 2 и третью положительную 3 выпукло-вогнутые линзы, проекционного объектива II, содержащего первую двояковыпуклую линзу 4, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 5 и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 6, и фотоприемного устройства 7 с охлаждаемой диафрагмой 8.The optical system consists of a sequentially located along the optical axis of the input lens I, containing the first positive 1, the second negative 2 and the third positive 3 convex-concave lenses, the projection lens II, containing the first biconvex lens 4, the second negative concave-convex lens 5 and the third positive convex-concave lens 6, and a photodetector 7 with a cooled diaphragm 8.

В таблице 1 приведены технические характеристики системы, работающей в среднем инфракрасном диапазоне спектра (3,0-5,0 мкм).Table 1 shows the technical characteristics of a system operating in the mid-infrared range of the spectrum (3.0-5.0 microns).

Figure 00000001
Figure 00000001

В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения оптической системы.Table 2 shows the design parameters of an example of a specific optical system.

Figure 00000002
Figure 00000002

Оптическая система работает следующим образом. Иизлучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 входного объектива I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 4-6 проекционного объектива II и попадает в фотоприемное устройство 7, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение, при этом охлаждаемая диафрагма 8 фотоприемного устройства 7 выполняет функцию апертурной диафрагмы системы.The optical system operates as follows. The radiation from an infinitely distant object passes through the lenses 1-3 of the input lens I and focuses in the plane of the intermediate image, then passes through the lenses 4-6 of the projection lens II and enters the photodetector 7, in the plane of the sensitive elements of which an image is formed, while the cooled diaphragm 8 of the photodetector 7 performs the function of the aperture diaphragm of the system.

Оптическая система тепловизионного прибора работает с относительным отверстием 1:4, фокусное расстояние fmax=230 мм, длина L=161 мм. Общая масса оптических элементов m=82 г, при этом масса входного объектива составляет mI=77 г.The optical system of a thermal imaging device works with a relative aperture of 1: 4, focal length f max = 230 mm, length L = 161 mm. The total mass of the optical elements m = 82 g, while the mass of the input lens is m I = 77 g.

Из графика, приведенного на фигуре 2, следует, что в оптической системе обеспечивается высокое качество изображения в пределах всего поля зрения. Концентрация энергии в кружке диаметром 30 мкм составляет в центре поля зрения 75%, в середине - 71%, на краю - 50% (при размере изображения 12 мм по диагонали). При этом масса оптических элементов системы меньше, чем в прототипе в 3,3 раза.From the graph shown in figure 2, it follows that the optical system provides high image quality within the entire field of view. The energy concentration in a circle with a diameter of 30 μm is 75% in the center of the field of view, 71% in the middle, and 50% at the edge (with an image size of 12 mm diagonally). At the same time, the mass of the optical elements of the system is 3.3 times less than in the prototype.

Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет обеспечить высокое качество изображения в пределах всего поля зрения при сохранении габаритных размеров и существенном уменьшении массы ее оптических элементов.Thus, the implementation of the optical system of the thermal imaging device in accordance with the proposed technical solution allows to ensure high image quality within the entire field of view while maintaining overall dimensions and a significant reduction in the mass of its optical elements.

Claims (1)

Оптическая система тепловизионного прибора, состоящая из последовательно расположенных вдоль оптической оси входного объектива, формирующего промежуточное изображение и содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые и третью линзы, проекционного объектива, содержащего первую положительную, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую и третью положительную выпукло-вогнутую линзы, и фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что во входном объективе первая линза выполнена положительной, вторая выполнена отрицательной и третья линза выполнена положительной выпукло-вогнутой, в проекционном объективе первая линза выполнена двояковыпуклой.An optical system of a thermal imaging device, consisting of a sequentially located along the optical axis of the input lens forming an intermediate image and containing the first and second convex-concave and third lenses, a projection lens containing the first positive, second negative concave-convex and third positive convex-concave lenses and a photodetector, characterized in that in the input lens, the first lens is positive, the second is negative and the third lens is ene positive convexo-concave first lens in the projection lens is formed of a biconvex.
RU2016107504A 2016-03-01 2016-03-01 Optical system of thermal imaging device RU2614167C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107504A RU2614167C1 (en) 2016-03-01 2016-03-01 Optical system of thermal imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107504A RU2614167C1 (en) 2016-03-01 2016-03-01 Optical system of thermal imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2614167C1 true RU2614167C1 (en) 2017-03-23

Family

ID=58453213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016107504A RU2614167C1 (en) 2016-03-01 2016-03-01 Optical system of thermal imaging device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2614167C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4679891A (en) * 1984-07-14 1987-07-14 Pilkington P.E. Limited Infra-red lenses
JP2007264191A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nikon Corp Infrared optical system
RU2338227C2 (en) * 2006-08-07 2008-11-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Комета" Optical system for ir spectral region (versions)
RU2525463C1 (en) * 2013-04-03 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Optical system for thermal imaging device
RU2543693C1 (en) * 2013-09-30 2015-03-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4679891A (en) * 1984-07-14 1987-07-14 Pilkington P.E. Limited Infra-red lenses
JP2007264191A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nikon Corp Infrared optical system
RU2338227C2 (en) * 2006-08-07 2008-11-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Комета" Optical system for ir spectral region (versions)
RU2525463C1 (en) * 2013-04-03 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") Optical system for thermal imaging device
RU2543693C1 (en) * 2013-09-30 2015-03-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017533004A5 (en)
KR101701008B1 (en) Optical system
RU156006U1 (en) ATHERMALIZED LENS FOR IR SPECTRUM
RU2570062C1 (en) Optical system for thermal imaging device having two viewing fields
Li et al. Curved micro lens array for bionic compound eye
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)
RU2614167C1 (en) Optical system of thermal imaging device
RU2543693C1 (en) Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region
RU2694557C1 (en) Infrared system with two fields of view
RU149238U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE WITH TWO FIELDS OF VISION
RU163914U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE
RU170736U1 (en) LIGHT LIGHT FOR INFRARED SPECTRUM
RU2608395C1 (en) Optical system of thermal imaging device with two fields of view
RU2624658C1 (en) Infrared system with two vision fields
RU2621366C1 (en) Compact lens of mid-infrared range
RU82875U1 (en) LIGHT LIGHT FOR INFRARED SPECTRUM
CN104459958A (en) Prime lens used for infrared camera
RU2779740C1 (en) Infrared lens
RU152546U1 (en) DEVICE FOR FORMING INFRARED IMAGE
RU2592707C1 (en) Optical system for thermal imaging device
RU2663536C1 (en) Variosystem for infrared region
RU156835U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE
RU2646401C1 (en) Optical system of thermal imaging device with two fields of view
RU166689U1 (en) TWO FIELDS OF VISION INFRARED SYSTEM