ИНФРАКРАСНАЯ СИСТЕМА С ТРЕМЯ ПОЛЯМИ ЗРЕНИЯ

Полезная модель относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использована в тепловизорах, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.
7
Известно изобретение по патенту RU 2400784 C1, МПК G02B 13/14, публ. 27.09.2010 г. Сущностью известного технического решения является инфракрасный объектив с двумя полями зрения и вынесенной апертурной диафрагмой, размещенной между последним компонентом объектива и плоскостью изображения, содержащий расположенные по ходу лучей оптически связанные первый и последний положительные компоненты и расположенный между ними подвижный компонент, включающий отрицательную и положительную линзы, имеющий два фиксированных положения на оптической оси для смены полей зрения; при этом первый компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных вогнутой стороной к плоскости изображений, последний компонент включает два положительных мениска, обращенных выпуклыми сторонами друг к другу, и отрицательный мениск, обращенный вогнутой стороной к плоскости изображений, причем в первом компоненте первый мениск является положительным, второй - отрицательным, после первого положительного компонента введен подвижный отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к плоскости изображений, имеющий два фиксированных положения на оптической оси, при этом расстояния между вершинами преломляющих поверхностей подвижного отрицательного мениска и подвижного компонента являются различными в каждом из двух фиксированных положений; подвижный компонент выполнен положительным, в него введен отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной к плоскости изображений, расположенный вплотную перед отрицательной линзой этого компонента, в последний компонент введен отрицательный мениск, расположенный вплотную перед положительными менисками этого компонента, все преломляющие поверхности инфракрасного объектива выполнены сферическими.
max
min
Объектив работает в спектральном диапазоне 7,7-10,3 мкм и обладает следующими характеристиками: относительное отверстие 1:2, максимальное фокусное расстояние ƒ=210 мм, минимальное фокусное расстояние ƒ=70 мм, длина объектива L=290 мм.
max
min
L
max
х
Недостатками указанного инфракрасного объектива являются малая кратность изменения фокусного расстояния М=ƒ'/ƒ=3 и высокий коэффициент телеукорочения T=L/ƒ=1,38.
7
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и назначению является инфракрасная оптическая система с тремя полями зрения, описанная в патенте CN 103064184 А, МПК G02B 27/00, 7/04, публ. 12.12.2012 г., которая включает в себя фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, второго подвижного компонента, в состав которого входят двояковогнутая и отрицательная выпукло-вогнутая линзы, третьего подвижного компонента, состоящего из двояковыпуклой линзы, четвертого компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, систему ломающих зеркал, проекционный объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первой и второй выпукло-вогнутых положительных линз и третьей выпукло-вогнутой отрицательной линзы, и фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой.
max
cp
min
Система работает в спектральном диапазоне 8-12 мкм и имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:2, 1:3, 1:4; ƒ изменяется от 250 до 480 мм, ƒ' - от 100 до 200 мм, ƒ' - от 10 до 30 мм. Компактность системы обеспечивается за счет применения двух ломающих зеркал.
max
cp
min
В описании приведен вариант исполнения системы с относительным отверстием 1:2, для ƒ'=250 мм, ƒ'=100 мм, ƒ'=30 мм. Длина системы от первой поверхности входной линзы до плоскости изображения L=310 мм.
L
Недостатками данного технического решения являются большая длина оптической системы, вследствие чего система имеет высокий коэффициент телеукорочения T=1,24, и большая величина перемещения второй подвижной линзы, равная 42,4 мм.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание инфракрасной системы с тремя полями зрения с уменьшенными коэффициентом телеукорочения и величиной перемещения второго подвижного компонента.
Поставленная задача решается тем, что в инфракрасной системе с тремя полями зрения, содержащей фокусирующий объектив, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу, и третьего компонента, содержащего положительную линзу, проекционный объектив, состоящий из первой и второй положительных линз и третьей выпукло-вогнутой асферической линзы, а также фотоприемное устройство с охлаждаемой диафрагмой, в фокусирующем объективе в первом компоненте первая линза выполнена асферической и дополнительно введена асферическая отрицательная выпукло-вогнутая линза, линза третьего компонента выполнена выпукло-вогнутой, асферической, в проекционном объективе первая и вторая линзы выполнены асферическими вогнуто-выпуклыми, третья линза выполнена положительной.
На фиг. 1 представлена оптическая схема инфракрасной системы с тремя полями зрения.
На фиг. 2 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в узком поле зрения.
На фиг. 3 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в среднем поле зрения.
На фиг. 4 представлена оптическая схема с указанием хода лучей в широком поле зрения.
Инфракрасная система содержит фокусирующий объектив ФО, состоящий из последовательно расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего положительную 1 и отрицательную 2 выпукло-вогнутые линзы, второго компонента И, содержащего двояковогнутую асферическую линзу 3, и третьего компонента III, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу 4. Проекционный объектив ПО, состоит из первой 5 и второй 6 положительных вогнуто-выпуклых линз, и третьей 7 положительной выпукло-вогнутой линзы, а также фотоприемное устройство 8 с охлаждаемой диафрагмой 9. Второй II и третий III компоненты установлены с возможностью перемещения линз вдоль оптической оси независимо друг от друга.
В таблице 1 приведены основные параметры заявляемой инфракрасной системы.
В таблице 2 приведены конструктивные параметры примера конкретного исполнения заявляемой инфракрасной системы.
В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков.
В таблице 4 приведены основные соотношения, выполняемые в заявленной инфракрасной системе.
Инфракрасная система с тремя полями зрения работает следующим образом.
Излучение от бесконечно удаленного предмета падает на входную линзу (1), последовательно преломляясь линзами (2-4) фокусирующего объектива (ФО), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения. Далее излучение переносится линзами (5-7) проекционного объектива (ПО) в плоскость чувствительных элементов фотоприемного устройства (8). Выходной зрачок оптической системы совпадает с охлаждаемой диафрагмой (9) фотоприемного устройства (8). Третья (3) и четвертая (4) линзы, второго (II) и третьего (III) компонентов перемещаясь, независимо друг от друга вдоль оптической оси в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями, обеспечивают изменение фокусного расстояния и поля зрения системы. На фиг. 2-4 показан ход лучей для узкого, среднего и широкого полей зрения соответственно. Положение плоскости промежуточного изображения и плоскости чувствительных элементов приемника излучения при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.
Оптическая система с тремя полями зрения имеет величину перемещения третьего компонента, равную 10 мм, что 4,2 раза меньше чем в прототипе. Длина инфракрасной системы от первой поверхности до плоскости изображения составляет 180 мм, что в 1,72 раза меньше по сравнению с прототипом, вследствие чего коэффициент телеукорочения составляет 0,49, что в 2,55 раза меньше чем в прототипе.
Полученные результаты достигнуты за счет конструктивного исполнения оптических элементов и выбора для них соотношений, приведенных в таблице 4.
Таким образом, выполнение инфракрасной системы с тремя полями зрения в соответствии с предложенным техническим решением обеспечивает уменьшение коэффициента телеукорочения и уменьшение величины перемещения второго подвижного компонента.