ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА
OPTICAL SYSTEM FOR THERMAL IMAGING DEVICE

Изобретение относится к технике формирования изображений и может быть использовано при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.
Известна оптическая система тепловизора с охлаждаемым фотоприемником (патент ЕР №1684105 А1, опубл. 27.07.2006 г.), содержащая входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, и проекционный объектив, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость расположения чувствительных элементов матричного фотоприемника.
Недостатком этой оптической системы является большое количество линз значительного диаметра во входном объективе, что приводит к увеличению массы оптической системы, и большой ассортимент материалов, из которых изготовлены линзы оптической системы.
В качестве ближайшего к заявленному техническому решению взята оптическая система для тепловизионных приборов (патент РФ №2449328, МПК G02B 13/14, G02B 23/12, опубл. 27.04.12 г., пункты 1 и 4 формулы), содержащая, по крайней мере, входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, включающий последовательно расположенные по ходу лучей положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и проекционный объектив, осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость расположения чувствительных элементов фотоприемного устройства, выполненный в составе последовательно расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов.
Недостатком этого технического решения является значительная общая длина оптической системы, равная 150 мм при небольшом эквивалентном фокусном расстоянии 60 мм, что означает невысокую разрешающую способность этой оптической системы при габаритах существенно превышающих ее фокусное расстояние. Показатель укорочения длины К в системе (Теория оптических систем. Учебник для вузов/Б.Н. Бегунов и др. М: Машиностроение, 1981 г., с.266), характеризуемый отношением длины от первой поверхности до фокальной плоскости к фокусному расстоянию, в прототипе составляет К=2,5.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение разрешающей способности оптической системы тепловизионного прибора при сохранении ее компактности.
Поставленная задача решается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора, содержащей последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение и содержащий отрицательный и положительный мениски, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством и содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый мениск, второй отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, третий положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству, отличающейся тем, что во входном объективе первым по ходу лучей расположен отрицательный мениск, а за положительным мениском введен дополнительный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения, в проекционном объективе первый мениск выполнен положительным и выпуклой стороной направлен к фотоприемному устройству, а четвертый мениск расположен между третьим мениском проекционного объектива и фотоприемным устройством.
На Фиг.1 показана схема оптической системы тепловизионного прибора. Оптическая система тепловизионного прибора содержит последовательно расположенные по ходу лучей входной объектив, строящий действительное промежуточное изображение, содержащий отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству предметов, положительный мениск 2, обращенный выпуклостью к пространству предметов, отрицательный мениск 3, обращенный выпуклостью к плоскости действительного промежуточного изображения 4, и проекционный объектив, установленный перед фотоприемным устройством 5, содержащий последовательно установленные по ходу лучей первый положительный мениск 6, второй отрицательный мениск 7, обращенные выпуклостью к фотоприемному устройству 5, третий положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к пространству предметов, и четвертый положительный мениск 9, обращенный выпуклостью к фотоприемному устройству 5, и расположенный между третьим мениском 8 проекционного объектива и фотоприемным устройством 5. Входное окно 10 является частью конструкции фотоприемного устройства 5, охлаждаемая диафрагма 11 ограничивает апертуру лучей, попадающих на матрицу чувствительных элементов 12 фотоприемного устройства 5, а плоскость действительного промежуточного изображения 4 находится между отрицательным мениском 3 входного объектива и первым мениском 6 проекционного объектива.
Оптическая схема работает следующим образом. Входной объектив, содержащий мениски 1, 2 и 3, строит действительное промежуточное изображение в плоскости 4, проекционный объектив, содержащий мениски 6, 7, 8 и 9, переносит его в плоскость изображения, совпадающую с матрицей чувствительных элементов 12 фотоприемного устройства 5.
Возможный вариант такой компактной оптической системы может иметь следующие параметры, приведенные в таблице.
Позиция
Радиусы, мм
Световой диаметр, мм
Толщины, мм
1
r<sub>1</sub>=92.26
66.0
7.0
r<sub>2</sub>=68.55
59.5
Воздушный промежуток
2.0
2
r<sub>3</sub>=70.31
61.3
10.0
r<sub>4</sub>=183.65
59.0
Воздушный промежуток
24.0
3
r<sub>5</sub>=-148.94
40.2
6.0
r<sub>6</sub>=-187.93
35.8
Воздушный промежуток
69.2
6
r<sub>7</sub>=-80.17
12.8
2.0
r<sub>8</sub>=-18.75
12.8
Воздушный промежуток
1.0
7
r<sub>9</sub>=-15.996
12.4
3.0
r<sub>10</sub>=-22.39
14.0
Воздушный промежуток
1.0
8
r<sub>11</sub>=15.382
13.4
3.0
r<sub>12</sub>=19.861
11.8
Воздушный промежуток
3.0
9
r<sub>13</sub>=-15.066
10.6
2.0
r<sub>14</sub>=-16.255
11.4
Воздушный промежуток
2.5
Защитное окно 10
1
Расстояние до плоскости чувствительных элементов 12
23
Таким образом, выполнение оптической системы в соответствии с формулой заявляемых материалов позволяет достичь повышения разрешающей способности за счет увеличения фокусного расстояния до 230 мм с 60 мм от наиболее близкого аналога при незначительном увеличении общей длины оптической системы с 150 мм в аналоге до 159,7 мм в заявленном устройстве. Показатель укорочения длины в заявленном устройстве составляет К=0,694.