ОПТИЧЕСКАЯ ТЕПЛОВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СРЕДНЕЙ ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА
OPTICAL THERMAL IMAGING SYSTEM FOR MID-INFRARED SPECTRAL REGION

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве оптической системы различных приборов, например оптической системы тепловизионной камеры.
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.
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.
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.
Задача изобретения - создание оптической тепловизионной системы для средней ИК-области спектра с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат - уменьшение количества оптических элементов при обеспечении дифракционно-ограниченного качества изображения за счет изменения формы линз и оптимизации аберраций.
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.
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.
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.
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.
В соответствии с предложенным решением рассчитана конкретная оптическая система, конструктивные параметры которой приведены в таблице 1.
Характеристики рассчитанной оптической тепловизионной системы для средней ИК-области спектра:
фокусное расстояние f′=200 мм
относительное отверстие 1:4
угол поля зрения 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.
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%.
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.