УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства.
Известна система с плавно изменяющимся фокусным расстоянием для дальней инфракрасной области спектра (см. патент CN 102866485 A, МПК G02B 15/173, 15/20, публ. 01.09.2013 г.), которая содержит неподвижный первый положительный компонент, подвижные второй отрицательный и третий положительный компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый отрицательный, пятый и шестой положительные компоненты. Для обеспечения компактности системы в пространстве между линзами пятого компонента установлено первое плоское зеркало, изменяющее направление оптической оси, а между последней линзой пятого и первой линзой шестого компонентов - второе. В системе четыре асферические и три асферо-дифракционные поверхности. Фокусное расстояние системы изменяется от  до  мм, кратность изменения фокусного расстояния , относительное отверстие 1:2.
Недостатком этой инфракрасной системы является небольшая кратность изменения фокусного расстояния.
7
×
I
II
I
II
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и количеству совпадающих признаков является устройство для формирования инфракрасного изображения (см. патент GB №2474762 A, МПКG02B 13/14, 23/12, 9/60, публ. 27.04.2011 г., схема на фиг. 1), состоящее из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента из двух положительных выпукло-вогнутых линз, подвижных второго, выполненного в виде отрицательной двояковогнутой линзы, и третьего, выполненного в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, компонентов, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижного четвертого компонента из двух линз, первая из которых положительная двояковыпуклая, а вторая - отрицательная вогнуто-выпуклая, неподвижного пятого компонента из трех линз, первая из которых отрицательная выпукло-вогнутая, вторая и третья - положительные двояковыпуклые, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. Перемещением второго и третьего компонентов обеспечивается плавное изменение фокусного расстояния устройства от  до  мм, кратность изменения M=9. Фокусные расстояния первого f, второго f и третьего  компонентов могут принимать следующие значения: f от 60 до 190 мм, f от (-15) до (-25) мм,  от (-35) до (-90) мм. Между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, которое пятым компонентом переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения. Выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения.
Устройство предназначено для работы в спектральном диапазоне 7,1…9,5 мкм с относительным отверстием 1:2,1; оптическая схема устройства содержит семь асферических и одну асферо-дифракционную поверхность.
Недостатком описанного устройства является небольшая кратность изменения его фокусного расстояния.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение кратности плавного изменения фокусного расстояния.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формирования инфракрасного изображения, состоящем из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, подвижных второго компонента, содержащего отрицательную линзу, и третьего компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого компонента, содержащего отрицательную линзу, и пятого компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую и положительную линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, причем между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения, во втором компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в третьем компоненте дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, при этом третий компонент в целом - положительный, в четвертом компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в пятом компоненте положительная линза выполнена выпукло-вогнутой.
На фигуре 1 представлена оптическая схема устройства для формирования инфракрасного изображения.
На фигуре 2 представлена оптическая схема устройства для формирования инфракрасного изображения с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при максимальном фокусном расстоянии 500 мм (а) и при минимальном фокусном расстоянии 20 мм (б).
Устройство состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента I, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу 1, подвижных второго компонента II, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу 2, и третьего компонента III, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую 3 и положительную выпукло-вогнутую 4 линзы, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого компонента IV, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу 5, и пятого компонента V, содержащего отрицательную 6 и положительную 7 выпукло-вогнутые линзы, и приемника излучения 8 с охлаждаемой диафрагмой 9. Между неподвижными компонентами IV и V формируется промежуточное изображение, и выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой 9 приемника излучения 8.
В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого устройства.
В таблице 2 приведены конструктивные параметры оптической схемы заявляемого устройства.
В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков dl, d2, d3 для нескольких значений фокусного расстояния устройства.
В таблице 4 приведены значения фокусных расстояний компонентов I-IV и увеличение компонента V.
×
Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние устройства изменяется от 20 до 500 мм, т.е. кратность его изменения М=25. За счет выбранного конструктивного исполнения оптической схемы расширен диапазон изменения фокусного расстояния в сторону максимального значения, что обеспечивает увеличение кратности в 2,7 раза по сравнению с прототипом.
Устройство для формирования инфракрасного изображения работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-5 компонентов I-IV, при этом подвижные компоненты II и III занимают положение, соответствующее фокусному расстоянию  мм (см. фиг. 2а), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами 6, 7 компонента V переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 9 приемника излучения 8, совмещенной с выходным зрачком устройства.
При одновременном перемещении компонентов II и III, в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния устройства до  мм (см. фиг. 2б). При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзами 6, 7 компонента V переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Положение плоскости промежуточного изображения и положение плоскости чувствительных элементов при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.
Таким образом, выполнение устройства для формирования инфракрасного изображения в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить кратность изменения фокусного расстояния, что расширяет его эксплуатационные возможности.