RU2624658C1 - Инфракрасная система с двумя полями зрения - Google Patents
Инфракрасная система с двумя полями зрения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2624658C1 RU2624658C1 RU2016127316A RU2016127316A RU2624658C1 RU 2624658 C1 RU2624658 C1 RU 2624658C1 RU 2016127316 A RU2016127316 A RU 2016127316A RU 2016127316 A RU2016127316 A RU 2016127316A RU 2624658 C1 RU2624658 C1 RU 2624658C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- lens
- concave
- convex
- max
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 101000623895 Bos taurus Mucin-15 Proteins 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами, осуществляющих обнаружение и распознавание объектов. Инфракрасная система с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную выпукло-вогнутые линзы, второго компонента, содержащего двояковогнутую линзу и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента, содержащего двояковыпуклую линзу, четвертого компонента, содержащего первую вогнуто-выпуклую и вторую выпукло-вогнутую положительные линзы, третью отрицательную выпукло-вогнутую и двояковыпуклую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. В пространстве между третьим и четвертым компонентами формируется промежуточное изображение. Для фокусных расстояний f'I и f'IV первого и четвертого компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'max выполняются следующие соотношения: 0,6<f'I/f'max<0,72; 0,08<f'IV/f'max<0,2. За счет конструктивного выполнения инфракрасной системы с двумя полями зрения повышается концентрация энергии при минимальном фокусном расстоянии (в широком поле зрения), что обеспечивает высокое качество изображения системы и улучшает ее обнаружительную способность. 2 ил., 4 табл.
Description
Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами, осуществляющих обнаружение и распознавание объектов.
Известен объектив с двумя полями зрения для среднего инфракрасного диапазона (см. патент US 6424460 В1, МПК7 G02B 15/14, опубл. 23.07.2002 г.) с фокусным расстоянием 160/53 мм и относительным отверстием 1:2,5, в котором смена полей зрения осуществляется перемещением одного из компонентов вдоль оптической оси. Недостатком объектива являются малое фокусное расстояние в узком поле зрения, отсутствие промежуточного изображения, не обеспечивающее минимизацию габаритов входной линзы, и большое количество используемых материалов линз.
Также известен объектив для дальнего инфракрасного диапазона (см. патент RU 2400784 С1, МПК7 G02B 13/14, опубл. 27.09.2010 г.), содержащий десять линз с фокусным расстоянием 210/70 мм и относительным отверстием 1:2, смена полей зрения осуществляется перемещением двух компонентов вдоль оптической оси. Недостатками этого объектива являются большое количество линз, наличие двух перемещаемых компонентов и величина их перемещения (для одного из компонентов более 100 мм).
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является система, приведенная в патенте RU 2541420 С1, МПК G02B 13/14, опубл. 10.02.2015 г., состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую линзу, третьего компонента, содержащего двояковыпуклую линзу, и четвертого компонента, содержащего первую двояковыпуклую и вторую выпукло-вогнутую положительные линзы. Второй компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси в пространстве между первым и третьим компонентами для осуществления переключения полей зрения, при этом между третьим и четвертым компонентами формируется промежуточное изображение. Линза первого компонента и первая линза третьего компонента выполнены асферо-дифракционными; линзы второго и третьего компонентов выполнены асферическими. Указанная система предназначена для работы в средневолновом инфракрасном диапазоне спектра с относительным отверстием 1:2, в широком поле зрения, соответствующем режиму обнаружения объектов, фокусное расстояние составляет f'min=107 мм, в узком поле зрения, соответствующем режиму распознавания, фокусное расстояние - f'max=320 мм, длина от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов - L=343 мм. Наличие промежуточного изображения обеспечивает возможность оптимального сопряжения с приемником излучения с охлаждаемой диафрагмой.
В таких системах надежность обнаружения объектов обеспечивается хорошим качеством изображения на краю поля зрения при минимальном фокусном расстоянии (широкое поле зрения), тогда как при максимальном фокусном расстоянии допустимо снижение качества изображения на краю, в связи с тем, что в режиме распознавания работа системы осуществляется центром поля зрения.
В указанной системе концентрация энергии в кружке диаметром 15 мкм в узком поле зрения составляет 74% в центре и 69% на краю поля зрения, в широком - 77% в центре и 40% на краю поля зрения, что недостаточно для обеспечения надежности обнаружения объектов. Ухудшение качества изображения при минимальном фокусном расстоянии обусловлено наличием асферо-дифракционных элементов, которые, обеспечивая уменьшение массы системы и высокое качество изображения в узком поле зрения, являются сложными в изготовлении и повышают стоимость изделия.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение высокого качества изображения инфракрасной системы за счет повышения концентрации энергии на краю поля зрения при минимальном фокусном расстоянии с сохранением габаритных размеров.
Указанная цель достигается тем, что в инфракрасной системе с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую линзу и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего, компонента, содержащего двояковыпуклую линзу, четвертого компонента, содержащего первую положительную и вторую положительную выпукло-вогнутую линзы, причем между третьим и четвертым компонентами формируется промежуточное изображение, и фотоприемного устройства, в первом компоненте дополнительно введена вторая отрицательная выпукло-вогнутая линза, в четвертом компоненте первая линза выполнена вогнуто-выпуклой и дополнительно введены третья отрицательная выпукло-вогнутая и четвертая двояковыпуклая линзы, при этом выполняются следующие соотношения:
0,6<f'I/f'max<0,72;
0,08<f'IV/f'max<0,2,
где f'I и f'IV - фокусные расстояния первого и четвертого компонентов;
f'max - максимальное фокусное расстояние системы.
На фигуре 1 представлена оптическая схема инфракрасной системы с двумя полями зрения.
На фигуре 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы в узком (а) и широком (б) полях зрения.
Инфракрасная система с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего первую положительную 1 и вторую отрицательную 2 выпукло-вогнутые линзы, второго компонента II, содержащего двояковогнутую линзу 3 и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента III, содержащего двояковыпуклую линзу 4, четвертого компонента IV, содержащего первую вогнуто-выпуклую 5 и вторую выпукло-вогнутую 6 положительные линзы, третью отрицательную выпукло-вогнутую 7 и двояковыпуклую 8 линзы, и фотоприемного устройства 9 с охлаждаемой диафрагмой 10. В пространстве между третьим III и четвертым IV компонентами формируется промежуточное изображение.
Для фокусных расстояний f'I и f'IV первого I и четвертого IV компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'max выполняются следующие соотношения: 0,6<f'I/f'max<0,72; 0,08<f'IV/f'max<0,2.
В таблице 1 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения инфракрасной системы с двумя полями зрения.
В таблице 2 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе, для фокусных расстояний f'I и f'IV первого I и четвертого IV компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'max для конкретного примера исполнения, приведенного в таблице 1.
В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков для двух полей зрения объектива.
В таблице 4 приведены технические характеристики.
В заявляемой инфракрасной системе за счет выбора конструктивного исполнения, при котором отсутствуют асферо-дифракционные элементы, а также выполнения соотношений, приведенных в таблице 2, улучшено качество изображения при минимальном фокусном расстоянии за счет повышения концентрации энергии на краю поля зрения. Как следует из графиков, представленных на фигуре 2, концентрация энергии в кружке диаметром 15 мкм в узком поле зрения составляет 73% в центре и 53% на краю поля зрения, а в широком - 71% в центре и 64% на краю, что выше, чем в прототипе, на 24%. При этом имеет место допустимое снижение концентрации энергии на краю в узком поле зрения.
Инфракрасная система с двумя полями зрения работает следующим образом: поток излучения проходит через линзы 1-4 компонентов I-III системы, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами и материалами линз, и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами 5-8 компонента IV переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 9. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 10 приемника излучения 9.
Смена полей зрения (фокусного расстояния) системы осуществляется перемещением линзы 3 второго компонента II вдоль оптической оси в пространстве между линзами 2 и 4 первого I и третьего III компонентов на 25 мм.
Таким образом, в заявляемой инфракрасной системе с двумя полями зрения за счет конструктивного исполнения, при котором отсутствуют асферо-дифракционные элементы, обеспечивается высокое качество изображения за счет повышения концентрации энергии при минимальном фокусном расстоянии в пределах всего поля зрения, при допустимом снижении концентрации энергии на краю поля зрения при максимальном фокусном расстоянии с сохранением габаритных размеров.
Claims (5)
- Инфракрасная система с двумя полями зрения, состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую линзу и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента, содержащего двояковыпуклую линзу, четвертого компонента, содержащего первую положительную и вторую положительную выпукло-вогнутую линзы, причем между третьим и четвертым компонентами формируется промежуточное изображение, и фотоприемного устройства, отличающаяся тем, что в первом компоненте дополнительно введена вторая отрицательная выпукло-вогнутая линза, в четвертом компоненте первая линза выполнена вогнуто-выпуклой и дополнительно введены третья отрицательная выпукло-вогнутая и четвертая двояковыпуклая линзы, при этом выполняются следующие соотношения:
- 0,6<f'I/f'max<0,72;
- 0,08<f'IV/f'max<0,2,
- где f'I и f'IV - фокусные расстояния первого и четвертого компонентов;
- f'max - максимальное фокусное расстояние системы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127316A RU2624658C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Инфракрасная система с двумя полями зрения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127316A RU2624658C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Инфракрасная система с двумя полями зрения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2624658C1 true RU2624658C1 (ru) | 2017-07-05 |
Family
ID=59312875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127316A RU2624658C1 (ru) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Инфракрасная система с двумя полями зрения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2624658C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114967030A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-08-30 | 福建福光股份有限公司 | 两档焦距切换型红外镜头 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5022724A (en) * | 1989-02-15 | 1991-06-11 | El-Op Electro-Optics Industries | Zoom system |
RU2541420C1 (ru) * | 2013-11-01 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Инфракрасный объектив с двумя полями зрения |
US20150241675A1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-08-27 | Yoshifumi Sudoh | Zoom lens, camera, and portable information terminal device |
US20160147048A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
-
2016
- 2016-07-06 RU RU2016127316A patent/RU2624658C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5022724A (en) * | 1989-02-15 | 1991-06-11 | El-Op Electro-Optics Industries | Zoom system |
RU2541420C1 (ru) * | 2013-11-01 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Инфракрасный объектив с двумя полями зрения |
US20150241675A1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-08-27 | Yoshifumi Sudoh | Zoom lens, camera, and portable information terminal device |
US20160147048A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114967030A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-08-30 | 福建福光股份有限公司 | 两档焦距切换型红外镜头 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210088760A1 (en) | Optical Assembly for a Compact Wide Field of View Digital Camera with High MTF | |
TWI660194B (zh) | 光學系統 | |
TWI601994B (zh) | 取像用光學鏡頭組、取像裝置及電子裝置 | |
TWI733016B (zh) | 光學成像系統 | |
US11320634B2 (en) | Optical assembly for a compact wide field of view digital camera with low first lens diameter to image diagonal ratio | |
CN110794555B (zh) | 一种小型化三组元连续变焦中波制冷红外光学系统 | |
US10901189B2 (en) | Optical assembly for a compact wide field of view digital camera with low lateral chromatic aberration | |
RU2630195C1 (ru) | Инфракасный телеобъектив с двумя полями зрения | |
RU2541420C1 (ru) | Инфракрасный объектив с двумя полями зрения | |
US10386604B1 (en) | Compact wide field of view digital camera with stray light impact suppression | |
JP2014197129A5 (ja) | 光学系及びそれを有する撮像装置 | |
RU2339983C2 (ru) | Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ик-области спектра (варианты) | |
RU2570062C1 (ru) | Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения | |
RU2694557C1 (ru) | Инфракрасная система с двумя полями зрения | |
RU2624658C1 (ru) | Инфракрасная система с двумя полями зрения | |
US20160116719A1 (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
RU2570055C1 (ru) | Инфракрасный зеркально-линзовый объектив | |
RU166689U1 (ru) | Инфракрасная система с двумя полями зрения | |
RU170736U1 (ru) | Светосильный объектив для инфракрасной области спектра | |
RU2578268C1 (ru) | Инфракрасный объектив с переменным фокусным расстоянием | |
RU2621366C1 (ru) | Компактный объектив среднего ик диапазона | |
US20210026110A1 (en) | Optical Assembly for a Compact Wide Field of View Digital Camera with Low First Lens Diameter to Image Diagonal Ratio | |
RU185562U1 (ru) | Инфракрасная система с двумя полями зрения | |
RU2510059C1 (ru) | Инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой | |
RU2672703C1 (ru) | Двухканальная зеркально-линзовая система |