ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА С ДВУМЯ ПОЛЯМИ ЗРЕНИЯ

Полезная модель относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использована при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.
7
Известна инфракрасная система с двумя полями зрения (см. патент RU 2400784 C1, МПК G02B 13/14 публ. 27.09.2010 г.), в которой трехкратное изменение поля зрения осуществляется перемещением двух компонентов вдоль оптической оси, при этом максимальное фокусное расстояние  составляет 210 мм, минимальное  - 70 мм, длина L - 300 мм и коэффициент телеукорочения .
7
L
Также известна инфракрасная система с дискретно изменяемым фокусным расстоянием (см. патент RU 2481602 C1, МПК G02B 15/02 публ. 10.05.2013 г.), в которой изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного компонента, при этом максимальное фокусное расстояние  составляет 200 мм, минимальное  - 70 мм, длина L -215 мм. Кратность изменения фокусного расстояния  и коэффициент телеукорочения T=1,075.
Указанные системы имеют малую кратность изменения поля зрения (фокусного расстояния) и большое значение коэффициента телеукорочения.
7
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, принятой за прототип, является оптическая система с двумя полями зрения для среднего ИК диапазона спектра (см. патент CN 103149667 A, МПК G02B 13/00 публ. 12.06.2013 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу, третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную двояковогнутую линзу и вторую положительную двояковыпуклую линзу, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу и вторую отрицательную выпукло-вогнутую линзу, и фотоприемного устройства. Изменение поля зрения осуществляется вводом-выводом подвижного второго компонента в оптический тракт в пространстве между третьей и четвертой линзами неподвижного первого компонента. Оптическая система работает с относительным отверстием 1:4, в узком поле зрения фокусное расстояние объектива , в широком поле зрения , длина L=260 мм, при этом коэффициент телеукорочения . Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения) . В узком и широком полях зрения оптическая система имеет достаточно высокое качество изображения.
Недостатками указанной оптической системы являются малая кратность изменения поля зрения, что не позволяет обеспечить достаточное поле обзора в режиме широкого поля зрения, и большое значение коэффициента телеукорочения, что приводит к увеличению габаритов и массы тепловизионного прибора.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение кратности изменения поля зрения и уменьшение значения коэффициента телеукорочения при сохранении качества изображения.
Указанная цель достигается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего первую и вторую выпукло-вогнутые линзы и третью линзу, подвижного второго компонента, содержащего первую отрицательную и вторую линзы, неподвижного третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную линзы, и фотоприемного устройства, в неподвижном первом компоненте первая линза выполнена отрицательной, вторая линза выполнена положительной, третья линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой, в подвижном втором первая линза выполнена вогнуто-выпуклой, вторая линза выполнена отрицательной вогнуто-выпуклой и дополнительно введена третья положительная двояковыпуклая линза, в неподвижном третьем компоненте первая и вторая линзы выполнены вогнуто-выпуклыми и дополнительно введены третья положительная выпукло-вогнутая линза и четвертая положительная вогнуто-выпуклая линза, при чем подвижный второй компонент установлен в пространстве между неподвижными первым и третьим компонентами с возможностью ввода-вывода в оптический тракт.
На чертеже представлена схема оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения.
Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента I, содержащего первую отрицательную выпукло-вогнутую линзу 1, вторую положительную выпукло-вогнутую линзу 2 и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 3, подвижного второго компонента II, содержащего первую 4 и вторую 5 отрицательные вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную двояковыпуклую линзу 6, неподвижного третьего компонента III, содержащего первую положительную вогнуто-выпуклую линзу 7, вторую отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 8, третью положительную выпукло-вогнутую линзу 9 и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу 10, и фотоприемного устройства 11 с охлаждаемой диафрагмой 12. Подвижный второй компонент II установлен с возможностью ввода-вывода в оптический тракт в пространстве между неподвижными первым I и третьим III компонентами.
В таблице 1 приведены технические характеристики системы, работающей в среднем инфракрасном (ИК) диапазоне спектра.
Конструктивные параметры системы приведены в таблице 2.
Таблица 1
Технические характеристики
Узкое поле зрения
Широкое поле зрения
Спектральный диапазон работы, мкм
3-5
Фокусное расстояние, мм
230
34
Диаметр входного зрачка, мм
57,5
8,5
Угловое поле зрения, град
2,4×1,8
16,1×12,1
Таблица 2
Линза №
Радиус сферической поверхности, мм
Толщина по оси, мм
Материал
1
r<sub>1</sub>=90,26
d<sub>1</sub>=7
Германий
r<sub>2</sub>=68,55
d<sub>2</sub>=2
2
r<sub>3</sub>=70,31<sup>2)</sup>
d<sub>3</sub>=10
Кремний
r<sub>4</sub>=183,65
d<sub>4</sub>=24
3
r<sub>5</sub>=-148,94
d<sub>5</sub>=6
Германий
r<sub>6</sub>=-187,93
d<sub>6</sub>=13
4
r<sub>7</sub>=-13,065
d<sub>7</sub>=2
Германий
r<sub>8</sub>=-43,65
d<sub>8</sub>=11,5
5
r<sub>9</sub>=-21,28
d<sub>9</sub>=3
Германий
r<sub>10</sub>=-50,47
d<sub>10</sub>=1
6
r<sub>11</sub>=-77,82<sup>1)</sup>
d<sub>11</sub>=4
Кремний
r<sub>12</sub>=-26,55
d<sub>12</sub>=34,7
7
r<sub>13</sub>=-80,17
d<sub>13</sub>=2
Кремний
r<sub>14</sub>=-18,75
d<sub>14</sub>=1
8
r<sub>15</sub>=-15,996
d<sub>15</sub>=3
Германий
r<sub>16</sub>=22,39
d<sub>16</sub>=1
9
r<sub>17</sub>=15,382
d<sub>17</sub>=3
Кремний
r<sub>18</sub>=19,861
d<sub>18</sub>=3
10
r<sub>19</sub>=-15,066
d<sub>19</sub>=2
Германий
r<sub>20</sub>=-16,255
d<sub>20</sub>=26,5
<sup>1)</sup> - асферическая поверхность.
В таблице 3 приведены расчетные значения концентрации энергии, характеризующие качество изображения объектива.
Таблица 3
Фокусное расстояние, мм
Концентрация энергии в кружке диаметром 30 мкм, %
в центре поля зрения
на краю поля зрения по горизонту
230
74
60
34
72
67
В узком поле зрения, соответствующем максимальному фокусному расстоянию, оптическая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 неподвижного первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-10 неподвижного третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 11, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение, при этом охлаждаемая диафрагма 12 фотоприемного устройства 11 выполняет функцию апертурной диафрагмы системы.
В широком поле зрения, соответствующем минимальному фокусному расстоянию, излучение проходит через линзы 1-3 неподвижного первого I и 4-6 подвижного второго II компонентов и фокусируется в той же плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-10 неподвижного третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 11, при этом изображение формируется в той же плоскости чувствительных элементов и охлаждаемая диафрагма 12 фотоприемного устройства 11 является апертурной диафрагмой системы.
Изменения поля зрения (фокусного расстояния) оптической системы осуществляется вводом-выводом подвижного второго компонента II в оптический тракт в пространстве между неподвижными первым I и третьим III компонентами.
Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения работает с относительным отверстием 1:4, в узком поле зрения фокусное расстояние , в широком поле зрения - , длина L=159,7 мм, при этом коэффициент телеукорочения .
Кратность изменения фокусного расстояния (поля зрения) .
Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить кратность изменения поля зрения в 1,7 раза и уменьшить значение коэффициента телеукорочения в 1,5 раза при сохранении качества изображения. Это позволяет увеличить поле обзора в режиме широкого поля зрения и уменьшить габариты и массу тепловизионного прибора.