Инфракрасная система с двумя полями зрения - RU2694557C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами, осуществляющих обнаружение и распознавание объектов.

Известен объектив с двумя полями зрения для среднего инфракрасного диапазона (см. патент RU 2463633 С1, МПК⁷ G02B 13/14, G02B 15/14, G02B 9/60 публ. 26.05.2011 г.) с фокусным расстоянием 100/33 мм и относительными отверстием 1:2, в котором смена полей зрения осуществляется перемещением одного из компонентов вдоль оптической оси. Недостатками объектива являются малое фокусное расстояние в узком поле зрения и большая величина перемещения подвижного компонента (65 мм).

Также известна инфракрасная система с двумя полями зрения (см. патент US 9025256 В2, МПК⁷ G02B 13/14, G02B 15/14 публ. 05.05.2015 г.). Фокусное расстояние системы 50,8/25,8 мм, относительное отверстие 1:2, смена полей зрения осуществляется перемещением одного из компонентов вдоль оптической оси. Недостатками являются малое фокусное расстояние в узком поле зрения и небольшая кратность изменения фокусного расстояния.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является оптическая система с двумя полями зрения для среднего инфракрасного диапазона (см. патент US 6424460 В1, МПК⁷ G02B 15/14 публ. 23.07.2002 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую асферическую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую и положительную вогнуто-выпуклую линзы, третьего компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую, двояковыпуклую асферическую и отрицательную вогнуто-выпуклую линзы, и фотоприемного устройства с охлаждаемой диафрагмой. Второй компонент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси для осуществления переключения полей зрения, при этом величина перемещения составляет Δ=43,2 мм. Указанная система предназначена для работы в средневолновом инфракрасном диапазоне спектра с относительным отверстием 1:2,5, в широком поле зрения, соответствующем режиму обнаружения объектов, фокусное расстояние составляет f'_min=53 мм, в узком поле зрения, соответствующем режиму распознавания, фокусное расстояние - f'_max=160 мм, длина от первой поверхности до плоскости чувствительных элементов - L=180 мм. В системе выполняются следующие соотношения: f'_I/f'_max=1, f'_II/f'_max=-0,23, f'_III/f'_max=0,25, где f'_I, f'_II, f'_III - фокусные расстояния компонентов системы. Коэффициент телеукорочения T_L=L/f'_max=1,125, который зависит от выбора соотношений фокусных расстояний отдельных компонентов к максимальному фокусному расстоянию системы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение массо-габаритных характеристик инфракрасной системы за счет уменьшения коэффициента телеукорочения и величины перемещения второго компонента.

Указанная цель достигается тем, что в инфракрасной системе с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу, второго компонента, содержащего двояковогнутую асферическую линзу и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую асферическую линзы, и фотоприемного устройства, в первом компоненте дополнительно введена вторая отрицательная асферическая линза, в третьем компоненте первая линза выполнена двояковыпуклой, а вторая - отрицательной, при этом выполняются следующие соотношения:

0,5I/f'_max<0,7;

-0,15II/f'_max<-0,07;

0,1III/f'_max<0,2,

где f'_I, f'_II и f'_III - фокусные расстояния первого, второго и третьего компонентов; f'_max - максимальное фокусное расстояние системы.

На фигуре представлена оптическая схема инфракрасной системы с двумя полями зрения.

Инфракрасная система с двумя полями зрения состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего первую положительную выпукло-вогнутую линзу 1 и вторую отрицательную асферическую линзу 2, второго компонента II, содержащего двояковогнутую асферическую линзу 3 и установленного с возможностью перемещения вдоль оптической оси, третьего компонента III, содержащего двояковыпуклую линзу 4 и вторую отрицательную асферическую линзу 5, и фотоприемного устройства 6 с охлаждаемой диафрагмой 7. Вторая отрицательная асферическая линза 2 первого компонента I выполнена плоско-вогнутой или выпукло-вогнутой, или двояковогнутой. Вторая отрицательная асферическая линза 5 третьего компонента III выполнена вогнуто-плоской или вогнуто-выпуклой, или двояковогнутой. Выбор формы линз 2, 5 обусловлен обеспечением оптимальной аберрационной коррекции.

Для фокусных расстояний f'_I, f'_II и f'_III первого I, второго II и третьего III компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'_max выполняются следующие соотношения: 0,5I/f'_max<0,7; -0,15II/f'_max<-0,07; 0,1III/f'_max<0,2.

В таблице 1 приведены конструктивные параметры конкретного примера исполнения инфракрасной системы с двумя полями зрения.

В таблице 2 приведены соотношения, выполняемые в заявляемой системе, для фокусных расстояний f'_I, f'_II и f'_III первого I, второго II и третьего III компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'_max для конкретного примера исполнения, приведенного в таблице 1.

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков для двух полей зрения объектива.

В таблице 4 приведены технические характеристики.

Как видно из таблицы 4 длина системы составляет 134,05 мм, при этом коэффициент телеукорочения T_L=0,807, что в 1,4 меньше чем в прототипе. Как видно из таблицы 3 величина перемещения второго компонента II составляет 15,4 мм, что в 2,8 раза меньше чем в прототипе. Уменьшение коэффициента телеукорочения и величины перемещения второго компонента II обеспечивается выбором конструктивного исполнения компонентов и выполнением соотношений, приведенных в таблице 2. Конструктивное исполнение первого компонента I, в котором введена дополнительная отрицательная асферическая линза 2, и выбор формы линз третьего компонента III обеспечивает при меньших, по сравнению с прототипом, соотношениях, приведенных в таблице 2, оптимальную аберрационную коррекцию.

Инфракрасная система с двумя полями зрения работает следующим образом: поток излучения проходит через линзы 1-5 компонентов I-III системы, преломляясь на каждой поверхности в соответствии с радиусами кривизны и материалами линз и фокусируется в плоскости чувствительных элементов приемника излучения 6. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 7 приемника излучения 6.

Смена полей зрения (фокусного расстояния) системы осуществляется перемещением линзы 3 второго компонента II вдоль оптической оси на 15,4 мм.

Таким образом, выполнение инфракрасной системы с двумя полями зрения в соответствии с предлагаемым техническим решением обеспечивает уменьшение величины перемещения второго компонента и значения коэффициента телеукорочения, что позволяет использовать ее при создании малогабаритных тепловизионных приборов.

Реферат

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается инфракрасной системы с двумя полями зрения. Система состоит из трех расположенных вдоль оптической оси оптических компонентов и фотоприемного устройства. Первый компонент содержит первую положительную выпукло-вогнутую и вторую отрицательную асферическую линзы. Второй компонент содержит двояковогнутую асферическую линзу и установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Третий компонент содержит первую двояковыпуклую и вторую отрицательную асферическую линзы. Для фокусных расстояний f', f'и f'первого, второго и третьего компонентов соответственно и максимального фокусного расстояния системы f'выполняются следующие соотношения: 0,5

Формула