RU2614167C1 - Optical system of thermal imaging device - Google Patents
Optical system of thermal imaging device Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVRCFVVLDHTFFA-UHFFFAOYSA-N heptasodium;tungsten;nonatriacontahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W] RVRCFVVLDHTFFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/62—Optical 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
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
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).
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.
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
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)
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)
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 |
-
2016
- 2016-03-01 RU RU2016107504A patent/RU2614167C1/en active
Patent Citations (5)
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 |