RU2646401C1 - Optical system of thermal imaging device with two fields of view - Google Patents
Optical system of thermal imaging device with two fields of view Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646401C1 RU2646401C1 RU2017111924A RU2017111924A RU2646401C1 RU 2646401 C1 RU2646401 C1 RU 2646401C1 RU 2017111924 A RU2017111924 A RU 2017111924A RU 2017111924 A RU2017111924 A RU 2017111924A RU 2646401 C1 RU2646401 C1 RU 2646401C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concave
- convex
- positive
- lens
- component
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 3
- 101000623895 Bos taurus Mucin-15 Proteins 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- RVRCFVVLDHTFFA-UHFFFAOYSA-N heptasodium;tungsten;nonatriacontahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W].[W] RVRCFVVLDHTFFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
- G02B15/02—Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Lens Barrels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов различного назначения с охлаждаемыми матричными фотоприемными устройствами.The invention relates to infrared optical systems and can be used to create thermal imaging devices for various purposes with cooled matrix photodetectors.
Известна оптическая система (см. патент US 8446472 В2, МПК7 G02B 13/00, опубл. 12.06.2013 г.), содержащая четырехлинзовый входной объектив и трехлинзовый проекционный объектив. Система работает как минимум в трех режимах: двух режимах наблюдения (обнаружения и распознавания) и калибровки (выравнивания неоднородности чувствительных элементов), переключение которых осуществляется перемещением двух оптических элементов входного объектива вдоль оптической оси, при этом максимальное фокусное расстояние f'max составляет 132 мм, минимальное f'min - 27 мм, относительное отверстие 1:3, длина системы от первой поверхности до плоскости изображения L>160 мм, при этом коэффициент телеукорочения TL=L/f'max>l,2.A known optical system (see patent US 8446472 B2, IPC 7
Недостатками указанной системы являются маленькое фокусное расстояние, большой коэффициент телеукорочения и невозможность быстрого переключения режимов.The disadvantages of this system are a small focal length, a large telecrop ratio and the inability to quickly switch modes.
Также известна оптическая система для тепловизионных приборов (см. патент RU 2449 328 С1, МПК7 G02B 13/14, 23/12, публ. 27.04.2012 г.), содержащая двухлинзовый входной объектив, пятилинзовый проекционный объектив и однолинзовый расфокусирующий элемент. Система работает в двух режимах: наблюдения и калибровки. Режим калибровки осуществляется вводом расфокусирующего элемента в оптический тракт в пространстве между входным и проекционным объективами, что позволяет перенести плоскость изображения в плоскость охлаждаемой диафрагмы. Фокусное расстояние системы f' составляет 60 мм, относительное отверстие 1:3, длина L>150 мм, при этом коэффициент телеукорочения TL=L/f'>2,5.An optical system for thermal imaging devices is also known (see patent RU 2449 328 C1, IPC 7
Недостатками указанной системы являются наличие только одного режима наблюдения, маленькое фокусное расстояние и большой коэффициент телеукорочения.The disadvantages of this system are the presence of only one observation mode, a small focal length and a large telecrop ratio.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой оптической системе, принятой за прототип, является оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения (см. патент на изобретение RU 2570062 U1, МПК7 G02B 13/14, опубл. 23.09.2014 г.), состоящая из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, второго компонента, содержащего первую и вторую отрицательные вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную двояковыпуклую линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью положительную выпукло-вогнутую линзу и четвертую положительную вогнуто-выпуклую линзу, и фотоприемного устройства. Оптическая система работает в двух режимах наблюдения, переключение которых осуществляется вводом-выводом второго компонента в оптический тракт в пространстве между первым и третьим компонентами, при этом максимальное фокусное расстояние f'max составляет 230 мм, минимальное f'min - 34 мм, относительное отверстие 1:4. Длина система от первой поверхности до плоскости изображения L=159,7 мм, т.е. коэффициент телеукорочения TL=L/f'max>0,67, что позволяет обеспечить компактность тепловизионного прибора в целом. Конструктивное выполнение системы не предусматривает работу в режиме калибровки, т.е. отсутствует возможность выравнивания неоднородности чувствительных элементов, что снижает вероятность обнаружения и распознавания объекта. Компенсация расфокусировки изображения при изменении температуры осуществляется перемещением фокусирующей линзы (третьей линзы первого компонента). В узком поле зрения величина перемещения составляет Δ=0,7 мм, при этом обеспечивается качество изображения в изменившихся температурных условиях. В широком поле зрения для обеспечения качества изображения необходимая величина перемещения фокусирующей линзы составляет Δ=17 мм в направлении второго компонента, а величина воздушного промежутка между фокусирующей линзой и вторым компонентом 13 мм, что не позволяет осуществить это перемещение и обеспечить сохранение качества изображения при изменении температуры.The closest in technical essence to the claimed optical system, adopted as a prototype, is the optical system of a thermal imaging device with two fields of view (see patent for invention RU 2570062 U1, IPC 7 G02B 13/14, publ. September 23, 2014), consisting from the first component located along the optical axis containing the first negative and second positive convex-concave lenses and the third negative concave-convex lens, the second component containing the first and second negative concave-convex lenses yakovypukluyu lens, a third component comprising a first positive and a second negative concavo-convex lens, a positive third convex-concave lens and the fourth positive concavo-convex lens, and a photodetector. The optical system operates in two observation modes, the switching of which is carried out by input-output of the second component into the optical path in the space between the first and third components, while the maximum focal length f ' max is 230 mm, the minimum f' min is 34 mm, the relative aperture 1 :four. The length of the system from the first surface to the image plane is L = 159.7 mm, i.e. tele-shortening coefficient T L = L / f ' max > 0.67, which ensures the compactness of the thermal imaging device as a whole. The constructive implementation of the system does not include work in the calibration mode, i.e. there is no possibility of equalizing the heterogeneity of sensitive elements, which reduces the likelihood of detection and recognition of the object. Compensation of the defocusing of the image when the temperature changes is carried out by moving the focusing lens (third lens of the first component). In a narrow field of view, the amount of displacement is Δ = 0.7 mm, while the image quality is ensured under changing temperature conditions. In a wide field of view, in order to ensure image quality, the required amount of movement of the focusing lens is Δ = 17 mm in the direction of the second component, and the size of the air gap between the focusing lens and the second component is 13 mm, which does not allow this movement to be carried out and to ensure the preservation of image quality when the temperature changes .
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение вероятности обнаружения и распознавания объектов за счет обеспечения выравнивания неоднородности чувствительных элементов и компенсации температурной расфокусировки изображения в двух полях зрения при сохранении компактности тепловизионного прибора.The problem to which the invention is directed is to increase the likelihood of detecting and recognizing objects by ensuring the alignment of heterogeneity of sensitive elements and compensating for temperature defocusing of the image in two fields of view while maintaining the compactness of the thermal imaging device.
Указанная цель достигается тем, что в оптической системе тепловизионного прибора с двумя полями зрения, состоящей из расположенных вдоль оптической оси первого компонента, содержащего первую отрицательную и вторую положительную выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, второго компонента, установленного с возможностью ввода-вывода в оптический тракт и содержащего первую отрицательную и вторую вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную линзу, третьего компонента, содержащего первую положительную и вторую отрицательную вогнуто-выпуклые линзы, третью выпукло-вогнутую и четвертую вогнуто-выпуклую положительные линзы, и фотоприемного устройства, дополнительно введен четвертый компонент, установленный с возможностью ввода-вывода в оптический тракт в пространстве между первым и третьим компонентами и содержащий две положительные линзы, во втором компоненте вторая линза выполнена положительной, а третья линза - выпукло-вогнутой.This goal is achieved by the fact that in the optical system of a thermal imaging device with two fields of view, consisting of the first component located along the optical axis, containing the first negative and second positive convex-concave lenses and the third negative concave-convex lens mounted with the possibility of movement along the optical axis , the second component installed with the possibility of input-output in the optical path and containing the first negative and second concave-convex lenses and the third positive line memory, of the third component, containing the first positive and second negative concave-convex lenses, the third convex-concave and fourth concave-convex positive lenses, and a photodetector, an additional fourth component is introduced, which is installed with the possibility of input-output into the optical path in the space between the first and with the third components and containing two positive lenses, in the second component the second lens is made positive, and the third lens is convex-concave.
На фигуре 1 представлена схема оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения.The figure 1 presents a diagram of the optical system of a thermal imaging device with two fields of view.
На фигуре 2 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы в узком поле зрения для температур 20, 60 и минус 50°С.The figure 2 presents graphs of the function of the energy concentration (FFE) of the system in a narrow field of view for temperatures of 20, 60 and minus 50 ° C.
На фигуре 3 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы в широком поле зрения для температур 20, 60 и минус 50°С.The figure 3 presents graphs of the function of the energy concentration (FFE) of the system in a wide field of view for temperatures of 20, 60 and minus 50 ° C.
Оптическая система состоит из расположенных вдоль оптической оси первого компонента I, содержащего первую отрицательную 1 и вторую положительную 2 выпукло-вогнутые линзы и третью отрицательную вогнуто-выпуклую линзу 3, второго компонента II, содержащего первую отрицательную 4 и вторую положительную 5 вогнуто-выпуклые линзы и третью положительную выпукло-вогнутую линзу 6, третьего компонента III, содержащего первую положительную 7 и вторую отрицательную 8 вогнуто-выпуклые линзы, третью выпукло-вогнутую 9 и четвертую вогнуто-выпуклую 10 положительные линзы, четвертого компонента IV, содержащего две положительные линзы 11 и 12, и фотоприемного устройства 13 с охлаждаемой диафрагмой 14. Линза 3 первого компонента I установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Второй II и четвертый IV компоненты установлены с возможностью ввода-вывода в оптический тракт в пространстве между первым и третьим компонентами.The optical system consists of the first component I located along the optical axis, containing the first negative 1 and second positive 2 convex-concave lenses and the third negative concave-
В таблице 1 приведены технические характеристики системы, работающей в среднем инфракрасном диапазоне спектра.Table 1 shows the technical characteristics of a system operating in the mid-infrared range.
В таблице 2.1 приведены конструктивные параметры системы, а в таблице 2.2 - конструктивные параметры четвертого компонента IV.Table 2.1 shows the design parameters of the system, and table 2.2 shows the design parameters of the fourth component IV.
В таблице 3 приведены значения перемещений Δ1 и Δ2 линзы 3 первого компонента I в зависимости от температуры окружающей среды для узкого и широкого полей зрения соответственно.Table 3 shows the displacement values Δ1 and Δ2 of the
В узком поле зрения, соответствующем максимальному фокусному расстоянию, оптическая система работает следующим образом: излучение от бесконечно удаленного объекта проходит через линзы 1-3 первого компонента I и фокусируется в плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-10 третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 13, в плоскости чувствительных элементов которого формируется изображение, при этом охлаждаемая диафрагма 14 фотоприемного устройства 13 выполняет функцию апертурной диафрагмы системы.In a narrow field of view corresponding to the maximum focal length, the optical system works as follows: radiation from an infinitely distant object passes through lenses 1-3 of the first component I and focuses in the plane of the intermediate image, then passes through lenses 7-10 of the third component III and falls into a
В широком поле зрения, соответствующем минимальному фокусному расстоянию, излучение проходит через линзы 1-3 первого I и 4-6 второго II компонентов и фокусируется в той же плоскости промежуточного изображения, затем проходит через линзы 7-10 третьего компонента III и попадает в фотоприемное устройство 13, при этом изображение формируется в той же плоскости чувствительных элементов и охлаждаемая диафрагма 14 фотоприемного устройства 13 является апертурной диафрагмой системы.In a wide field of view corresponding to the minimum focal length, radiation passes through lenses 1-3 of the first I and 4-6 of the second II component and focuses in the same plane of the intermediate image, then passes through lenses 7-10 of the third component III and enters the
Изменение поля зрения (фокусного расстояния) оптической системы осуществляется вводом-выводом второго компонента II в оптический тракт в пространстве между первым I и третьим III компонентами.Changing the field of view (focal length) of the optical system is carried out by input-output of the second component II into the optical path in the space between the first I and third III components.
В режиме калибровки, который осуществляется в узком поле зрения, в пространстве между первым I и третьим III компонентами вводится четвертый компонент IV. Излучение проходит через линзы 1-3 первого I, 11-12 четвертого IV и 7-10 третьего III компонентов и фокусируется в плоскости охлаждаемой диафрагмы 14. В фотоприемное устройство 13 попадаетIn the calibration mode, which is carried out in a narrow field of view, the fourth component IV is introduced in the space between the first I and third III components. The radiation passes through lenses 1-3 of the first I, 11-12 of the fourth IV, and 7-10 of the third III component and focuses in the plane of the cooled
расфокусированное на всю область чувствительных элементов фотоприемного устройства излучение, образуя тем самым равномерную засветку этой области. В результате обеспечивается выравнивание неоднородности чувствительных элементов фотоприемного устройства. После этого четвертый компонент выводится из оптического тракта и система работает в обычном режиме.radiation defocused over the entire region of the sensitive elements of the photodetector, thereby forming a uniform illumination of this region. The result is the alignment of the heterogeneity of the sensitive elements of the photodetector. After that, the fourth component is removed from the optical path and the system operates in normal mode.
Компенсация температурной расфокусировки изображения осуществляется перемещением фокусирующей линзы (линзы 3 первого компонента I) вдоль оптической оси в соответствии с приведенными в таблице 3 значениями. Как видно из таблицы 3, величина перемещения линзы 3 в широком поле зрения составляет 3,4 мм, что в 5 раз меньше, чем в прототипе, что обеспечивается выбранным конструктивным исполнением второго компонента П. Как видно из графиков, приведенных на фигурах 2 и 3, в оптической системе обеспечивается высокое качество изображения в пределах всего поля зрения, как при минимальном, так и при максимальном фокусных расстояниях в диапазоне температур от минус 50 до плюс 60°С.The temperature defocusing of the image is compensated by moving the focusing lens (
Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора с двумя полями зрения в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить вероятность обнаружения и распознавания объектов за счет обеспечения выравнивания неоднородности чувствительных элементов и компенсации температурной расфокусировки изображения в двух полях зрения при сохранении компактности тепловизионного прибора.Thus, the implementation of the optical system of a thermal imaging device with two fields of view in accordance with the proposed technical solution allows to increase the probability of detection and recognition of objects by ensuring the alignment of heterogeneity of sensitive elements and compensation of temperature defocusing of the image in two fields of view while maintaining the compactness of the thermal imaging device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017111924A RU2646401C1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Optical system of thermal imaging device with two fields of view |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017111924A RU2646401C1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Optical system of thermal imaging device with two fields of view |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2646401C1 true RU2646401C1 (en) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017111924A RU2646401C1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Optical system of thermal imaging device with two fields of view |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2646401C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697940C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-08-21 | Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") | Infrared lens with discrete change of focal distance |
RU229457U1 (en) * | 2024-05-20 | 2024-10-08 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | THERMAL IMAGING DEVICE CALIBRATION DEVICE |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6118578A (en) * | 1998-05-28 | 2000-09-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Simplified dual field of view afocal |
RU2449328C1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Optical system for thermal imaging devices |
RU2481602C1 (en) * | 2011-09-21 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Dual-spectrum lens with discretely variable focal distance |
RU2567126C1 (en) * | 2014-12-23 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Infrared imaging device |
RU2570062C1 (en) * | 2014-09-23 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Optical system for thermal imaging device having two viewing fields |
-
2017
- 2017-04-07 RU RU2017111924A patent/RU2646401C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6118578A (en) * | 1998-05-28 | 2000-09-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Simplified dual field of view afocal |
RU2449328C1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Optical system for thermal imaging devices |
RU2481602C1 (en) * | 2011-09-21 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Dual-spectrum lens with discretely variable focal distance |
RU2570062C1 (en) * | 2014-09-23 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Optical system for thermal imaging device having two viewing fields |
RU2567126C1 (en) * | 2014-12-23 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО ГИПО") | Infrared imaging device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697940C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-08-21 | Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") | Infrared lens with discrete change of focal distance |
RU229457U1 (en) * | 2024-05-20 | 2024-10-08 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | THERMAL IMAGING DEVICE CALIBRATION DEVICE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102620545B1 (en) | Optical Imaging System | |
CN103823294B (en) | There is the continuous vari-focus medium-wave infrared optical system of overlength focal length | |
US8154805B2 (en) | Variable power optical system | |
RU2630195C1 (en) | Infrared telephoto lens with two vision fields | |
RU2449328C1 (en) | Optical system for thermal imaging devices | |
RU156006U1 (en) | ATHERMALIZED LENS FOR IR SPECTRUM | |
RU2646401C1 (en) | Optical system of thermal imaging device with two fields of view | |
RU2663313C1 (en) | Telephoto lens with two fields of view for the spectrum middle ir area | |
RU2570062C1 (en) | Optical system for thermal imaging device having two viewing fields | |
RU2578661C1 (en) | Infrared lens with smoothly varying focal distance | |
RU2630194C1 (en) | Large-aperture lens | |
RU2543693C1 (en) | Optical thermal imaging system for mid-infrared spectral region | |
RU2694557C1 (en) | Infrared system with two fields of view | |
RU173868U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE WITH TWO FIELDS OF VISION | |
RU2570055C1 (en) | Infrared catadioptric lens | |
RU2608395C1 (en) | Optical system of thermal imaging device with two fields of view | |
RU2621366C1 (en) | Compact lens of mid-infrared range | |
RU149238U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF THE THERMAL VISION DEVICE WITH TWO FIELDS OF VISION | |
KR101235579B1 (en) | Infrared microscope lens module | |
US20160116719A1 (en) | Compact multispectral wide angle refractive optical system | |
KR20190124693A (en) | Optical Imaging System | |
RU2783763C1 (en) | Optical system of thermal imaging device with two fields of view | |
RU208115U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF THERMAL IMAGING DEVICE WITH TWO FIELDS OF VIEW | |
RU2577082C1 (en) | Apochromatic athermal lens (versions) | |
RU2624658C1 (en) | Infrared system with two vision fields |