RU152546U1 - DEVICE FOR FORMING INFRARED IMAGE - Google Patents

Abstract

Устройство для формирования инфракрасного изображения, состоящее из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, подвижных второго компонента, содержащего отрицательную линзу, и третьего компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого компонента, содержащего отрицательную линзу, и пятого компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую и положительную линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, причем между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения, отличающееся тем, что во втором компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в третьем компоненте дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, при этом третий компонент в целом - положительный, в четвертом компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в пятом компоненте положительная линза выполнена выпукло-вогнутой.A device for forming an infrared image, consisting of a stationary first component comprising a positive convex-concave lens, movable second component containing a negative lens, and a third component containing a negative concave-convex lens arranged to move along the optical axis, sequentially arranged along the optical axis motionless of the fourth component containing the negative lens and the fifth component containing the negative convex-concave and a positive lens and a radiation receiver with a cooled diaphragm, an intermediate image being formed between the stationary fourth and fifth components, and the exit pupil of the device is aligned with the cooled diaphragm of the radiation receiver, characterized in that the lens is made convex-concave in the second component, and in the third component a positive convex-concave lens is introduced, while the third component as a whole is positive, in the fourth component the lens is convex-concave, in the fifth component positively lens is formed convex-concave.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в тепловизионных приборах с плавным изменением угловых размеров наблюдаемого пространства.The utility model relates to optical instrumentation and can be used in thermal imaging devices with a smooth change in the angular dimensions of the observed space.

Известна система с плавно изменяющимся фокусным расстоянием для дальней инфракрасной области спектра (см. патент CN 102866485 A, МПК G02B 15/173, 15/20, публ. 01.09.2013 г.), которая содержит неподвижный первый положительный компонент, подвижные второй отрицательный и третий положительный компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижные четвертый отрицательный, пятый и шестой положительные компоненты. Для обеспечения компактности системы в пространстве между линзами пятого компонента установлено первое плоское зеркало, изменяющее направление оптической оси, а между последней линзой пятого и первой линзой шестого компонентов - второе. В системе четыре асферические и три асферо-дифракционные поверхности. Фокусное расстояние системы изменяется от

до

мм, кратность изменения фокусного расстояния

, относительное отверстие 1:2.A known system with a smoothly changing focal length for the far infrared region of the spectrum (see patent CN 102866485 A, IPC G02B 15/173, 15/20, publ. 09/01/2013), which contains a fixed first positive component, movable second negative and third positive components mounted movably along the optical axis; fixed fourth negative, fifth and sixth positive components. To ensure the compactness of the system in the space between the lenses of the fifth component, a first flat mirror is installed that changes the direction of the optical axis, and the second is located between the last lens of the fifth and first lens of the sixth component. The system has four aspherical and three aspheric-diffraction surfaces. The focal length of the system varies from

before

mm, focal length change ratio

, relative aperture 1: 2.

Недостатком этой инфракрасной системы является небольшая кратность изменения фокусного расстояния.The disadvantage of this infrared system is the small magnification of the focal length.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и количеству совпадающих признаков является устройство для формирования инфракрасного изображения (см. патент GB №2474762 A, МПК⁷ G02B 13/14, 23/12, 9/60, публ. 27.04.2011 г., схема на фиг. 1), состоящее из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента из двух положительных выпукло-вогнутых линз, подвижных второго, выполненного в виде отрицательной двояковогнутой линзы, и третьего, выполненного в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, компонентов, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижного четвертого компонента из двух линз, первая из которых положительная двояковыпуклая, а вторая - отрицательная вогнуто-выпуклая, неподвижного пятого компонента из трех линз, первая из которых отрицательная выпукло-вогнутая, вторая и третья - положительные двояковыпуклые, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой. Перемещением второго и третьего компонентов обеспечивается плавное изменение фокусного расстояния устройства от

до

мм, кратность изменения M=9^×. Фокусные расстояния первого f_I, второго f_II и третьего

компонентов могут принимать следующие значения: f_I от 60 до 190 мм, f_II от (-15) до (-25) мм,

от (-35) до (-90) мм. Между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, которое пятым компонентом переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения. Выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения.Closest to the claimed device in technical essence and the number of matching features is a device for forming an infrared image (see GB patent No. 2474762 A, IPC ⁷ G02B 13/14, 23/12, 9/60, publ. 04/27/2011, the diagram in Fig. 1), consisting of a series of two positive convex-concave lenses moving second, made in the form of a negative biconcave lens, and a third, made in the form of a negative concave-convex lens, components, set newly fixed with the possibility of moving along the optical axis, the stationary fourth component of two lenses, the first of which is positive biconvex and the second negative concave-convex, the stationary fifth component of three lenses, the first of which is negative convex-concave, the second and third are positive biconvex , and a radiation receiver with a cooled diaphragm. Moving the second and third components provides a smooth change in the focal length of the device from

before

mm, the multiplicity of change M = 9 ^× . Focal lengths of the first f _I , second f _II and third

components can take the following values: f _I from 60 to 190 mm, f _II from (-15) to (-25) mm,

from (-35) to (-90) mm. An intermediate image is formed between the stationary fourth and fifth components, which is transferred by the fifth component to the plane of the sensitive elements of the radiation receiver. The exit pupil of the device is combined with a cooled diaphragm of the radiation receiver.

Устройство предназначено для работы в спектральном диапазоне 7,1…9,5 мкм с относительным отверстием 1:2,1; оптическая схема устройства содержит семь асферических и одну асферо-дифракционную поверхность.The device is designed to operate in the spectral range of 7.1 ... 9.5 microns with a relative aperture of 1: 2.1; The optical scheme of the device contains seven aspherical and one aspheric-diffraction surface.

Недостатком описанного устройства является небольшая кратность изменения его фокусного расстояния.The disadvantage of the described device is the small multiplicity of changes in its focal length.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение кратности плавного изменения фокусного расстояния.The problem the utility model is aimed at is to increase the magnification of a smooth change in the focal length.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формирования инфракрасного изображения, состоящем из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, подвижных второго компонента, содержащего отрицательную линзу, и третьего компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого компонента, содержащего отрицательную линзу, и пятого компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую и положительную линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, причем между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения, во втором компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в третьем компоненте дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, при этом третий компонент в целом - положительный, в четвертом компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в пятом компоненте положительная линза выполнена выпукло-вогнутой.The problem is solved due to the fact that in the device for forming an infrared image, consisting of a stationary first component containing a positive convex-concave lens, sequentially arranged along the optical axis, movable second component containing a negative lens, and a third component containing a negative concave-convex a lens mounted movably along the optical axis, motionless of the fourth component containing the negative lens, and the fifth component an antenna containing a negative convex-concave and positive lens, and a radiation receiver with a cooled diaphragm, an intermediate image being formed between the stationary fourth and fifth components, and the exit pupil of the device is aligned with the cooled diaphragm of the radiation receiver, in the second component the lens is convex-concave, in the third component additionally introduced a positive convex-concave lens, while the third component as a whole is positive, in the fourth component the lens is convex-concave Uta, a fifth positive lens component made of a convex-concave.

На фигуре 1 представлена оптическая схема устройства для формирования инфракрасного изображения.The figure 1 presents an optical diagram of a device for forming an infrared image.

На фигуре 2 представлена оптическая схема устройства для формирования инфракрасного изображения с ходом лучей, соответствующим расположению компонентов при максимальном фокусном расстоянии 500 мм (а) и при минимальном фокусном расстоянии 20 мм (б).The figure 2 presents the optical diagram of a device for forming an infrared image with a beam corresponding to the location of the components with a maximum focal length of 500 mm (a) and a minimum focal length of 20 mm (b).

Устройство состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента I, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу 1, подвижных второго компонента II, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу 2, и третьего компонента III, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую 3 и положительную выпукло-вогнутую 4 линзы, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого компонента IV, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую линзу 5, и пятого компонента V, содержащего отрицательную 6 и положительную 7 выпукло-вогнутые линзы, и приемника излучения 8 с охлаждаемой диафрагмой 9. Между неподвижными компонентами IV и V формируется промежуточное изображение, и выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой 9 приемника излучения 8.The device consists of sequentially located along the optical axis of the stationary first component I, containing a positive convex-concave lens 1, movable second component II, containing a negative convex-concave lens 2, and the third component III, containing a negative concave-convex 3 and positive convex-concave 4 lenses mounted to move along the optical axis, motionless of the fourth component IV containing the negative convex-concave lens 5, and the fifth component V, containing negative 6 and positive 7 convex-concave lenses, and a radiation receiver 8 with a cooled diaphragm 9. An intermediate image is formed between the stationary components IV and V, and the exit pupil of the device is aligned with the cooled diaphragm 9 of the radiation receiver 8.

В таблице 1 приведены технические характеристики заявляемого устройства.Table 1 shows the technical characteristics of the claimed device.

В таблице 2 приведены конструктивные параметры оптической схемы заявляемого устройства.Table 2 shows the design parameters of the optical circuit of the claimed device.

В таблице 3 приведены значения переменных воздушных промежутков dl, d2, d3 для нескольких значений фокусного расстояния устройства.Table 3 shows the values of the variable air gaps dl, d2, d3 for several values of the focal length of the device.

В таблице 4 приведены значения фокусных расстояний компонентов I-IV и увеличение компонента V.Table 4 shows the values of the focal lengths of components I-IV and the increase in component V.

Как следует из таблицы 1, фокусное расстояние устройства изменяется от 20 до 500 мм, т.е. кратность его изменения М=25^×. За счет выбранного конструктивного исполнения оптической схемы расширен диапазон изменения фокусного расстояния в сторону максимального значения, что обеспечивает увеличение кратности в 2,7 раза по сравнению с прототипом.As follows from table 1, the focal length of the device varies from 20 to 500 mm, i.e. the multiplicity of its change is M = 25 ^× . Due to the selected design of the optical scheme, the range of the focal length in the direction of the maximum value is expanded, which provides an increase in magnification of 2.7 times in comparison with the prototype.

Устройство для формирования инфракрасного изображения работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-5 компонентов I-IV, при этом подвижные компоненты II и III занимают положение, соответствующее фокусному расстоянию

мм (см. фиг. 2а), и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем линзами 6, 7 компонента V переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Диаметр пучка излучения определяется диаметром охлаждаемой диафрагмы 9 приемника излучения 8, совмещенной с выходным зрачком устройства.A device for forming an infrared image operates as follows: radiation from an infinitely distant object passes through the lenses of 1-5 components I-IV, while the movable components II and III occupy a position corresponding to the focal length

mm (see Fig. 2a), and focuses in the plane of the intermediate image, then the lenses V of the component V are transferred to the plane of the sensitive elements of the radiation receiver 8. The diameter of the radiation beam is determined by the diameter of the cooled diaphragm 9 of the radiation receiver 8, combined with the exit pupil of the device.

При одновременном перемещении компонентов II и III, в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями переменных воздушных промежутков, осуществляется плавное изменение фокусного расстояния устройства до

мм (см. фиг. 2б). При этом излучение сначала фокусируется в плоскости промежуточного изображения, а затем линзами 6, 7 компонента V переносится в плоскость чувствительных элементов приемника излучения 8. Положение плоскости промежуточного изображения и положение плоскости чувствительных элементов при изменении фокусного расстояния остаются неизменными.With the simultaneous movement of components II and III, in accordance with the values of variable air gaps given in Table 3, a smooth change in the focal length of the device to

mm (see Fig. 2b). In this case, the radiation is first focused in the plane of the intermediate image, and then with lenses 6, 7 of the component V it is transferred to the plane of the sensitive elements of the radiation receiver 8. The position of the plane of the intermediate image and the position of the plane of the sensitive elements remain unchanged.

Таким образом, выполнение устройства для формирования инфракрасного изображения в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить кратность изменения фокусного расстояния, что расширяет его эксплуатационные возможности.Thus, the implementation of the device for forming an infrared image in accordance with the proposed technical solution allows to increase the rate of change of the focal length, which extends its operational capabilities.

Claims (1)

Устройство для формирования инфракрасного изображения, состоящее из последовательно расположенных вдоль оптической оси неподвижного первого компонента, содержащего положительную выпукло-вогнутую линзу, подвижных второго компонента, содержащего отрицательную линзу, и третьего компонента, содержащего отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленных с возможностью перемещения вдоль оптической оси, неподвижных четвертого компонента, содержащего отрицательную линзу, и пятого компонента, содержащего отрицательную выпукло-вогнутую и положительную линзы, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, причем между неподвижными четвертым и пятым компонентами формируется промежуточное изображение, а выходной зрачок устройства совмещен с охлаждаемой диафрагмой приемника излучения, отличающееся тем, что во втором компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в третьем компоненте дополнительно введена положительная выпукло-вогнутая линза, при этом третий компонент в целом - положительный, в четвертом компоненте линза выполнена выпукло-вогнутой, в пятом компоненте положительная линза выполнена выпукло-вогнутой.

A device for forming an infrared image, consisting of a stationary first component comprising a positive convex-concave lens, movable second component containing a negative lens, and a third component containing a negative concave-convex lens arranged to move along the optical axis, sequentially arranged along the optical axis motionless of the fourth component containing the negative lens and the fifth component containing the negative convex-concave and a positive lens and a radiation receiver with a cooled diaphragm, an intermediate image being formed between the stationary fourth and fifth components, and the exit pupil of the device is aligned with the cooled diaphragm of the radiation receiver, characterized in that the lens is made convex-concave in the second component, and in the third component a positive convex-concave lens is introduced, while the third component as a whole is positive, in the fourth component the lens is convex-concave, in the fifth component positively lens is formed convex-concave.

Images