×
26.08.2017
217.015.d912

Результат интеллектуальной деятельности: ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается оптической системы тепловизионного прибора. Оптическая система включает в себя объектив, приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой, блок обработки информации, датчик температуры, блок позиционирования и блок обработки информации. Объектив включает в себя два компонента. Первый компонент имеет положительную оптическую силу и состоит из выпукло-вогнутой положительной линзы и отрицательной выпукло-вогнутой линзы. Второй компонент имеет отрицательную оптическую силу и состоит из имеющей возможность перемещения под управлением блока позиционирования отрицательной выпукло-вогнутой линзы и положительной выпукло-вогнутой линзы. Расстояния между первым и вторым компонентами d и между линзами второго компонента d удовлетворяют следующим условиям: 0,2f'

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано при создании тепловизионных приборов с охлаждаемыми матричными приемниками излучения.

Известна оптическая система для тепловизионных приборов (см. патент RU 2449328 А1, МПК7 G02B 13/14, 23/12, публ. 27.04.2012 г.), содержащая входной и проекционный объективы, между которыми формируется промежуточное изображение, и матричный приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой. Система имеет следующие характеристики: спектральный диапазон работы 3…5 мкм, фокусное расстояние 60 мм, длина от первой линзы до плоскости изображения 150 мм. Система содержит расфокусирующий элемент, установленный с возможностью ввода-вывода его в оптический тракт. С помощью этого элемента осуществляется необходимая при работе инфракрасных систем коррекция неоднородности параметров фоточувствительных элементов приемника излучения (калибровка).

Недостатками являются небольшое фокусное расстояние и большая длина оптической системы.

Также известно оптическое устройство формирования изображения с ИК-калибровкой (см. патент FR 2928462 А1, МПК7 G02B 13/14, 15/16, H04N 5/235 публ. 11.09.2009 г.), содержащее входной объектив, проекционный объектив, приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой, блок обработки информации, блок позиционирования и блок калибровки. Фокусное расстояние системы изменяемое, причем максимальное фокусное расстояние f'max=135 мм, минимальное - f'min=25 мм. Устройство работает в спектральном диапазоне 3…5 мкм, формат матрицы приемника излучения 384×288 элементов с шагом 15 мкм. Длина оптической системы устройства от первой линзы до плоскости изображения не менее 170 мм. В описанном устройстве предусмотрена калибровка, которая осуществляется перемещением двух линз, устанавливаемых в положении, обеспечивающем полную расфокусировку изображения от бесконечно удаленного объекта.

Недостатками описанного устройства являются большая длина оптической системы, небольшое линейное поле зрения, а также осуществление калибровки в результате перемещения двух оптических элементов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, выбранной в качестве прототипа, является оптическая система для инфракрасной камеры (см. патент US 5909307 А, МПК7 G02B 13/14, публ. 01.06.1999 г.), содержащая объектив и приемник излучения с охлаждаемой диафрагмой. Объектив работает в спектральном диапазоне 3…5 мкм и состоит из двух компонентов, при этом первый компонент выполнен в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы, второй компонент в целом положительный и содержит первую положительную выпукло-вогнутую, вторую отрицательную выпукло-вогнутую и третью двояковыпуклую линзы; вблизи первой линзы второго компонента расположена апертурная диафрагма. Фокусное расстояние объектива f'=22,1 мм, длина L от первой поверхности первого компонента до плоскости изображения 80 мм. Для оптической силы объектива ϕ, оптических сил первого ϕ1 и второго ϕ2 компонентов, расстояния между ними d и длины второго компонента d2 выполнены соотношения:

1) 0,5ϕ<-ϕ1<0,7ϕ;

2) 0,55ϕ<ϕ2<0,87ϕ;

3) 1,55/ϕ<d<1,98/ϕ;

4) d2<2,1/ϕ.

К недостаткам описанной системы можно отнести следующее. При работе со стандартным приемником излучения, имеющим формат матрицы 640×512 с шагом элементов 15 мкм, элементарное поле зрения этой оптической системы составляет γ=15/f'=0,68 мрад, что не обеспечивает достаточного углового разрешения тепловизионного прибора. В описанной системе компенсация терморасфокусировки изображения осуществляется, предположительно, перемещением всего объектива, поскольку он имеет небольшие габаритные размеры, и при возрастании диаметров линз и длины (в случае увеличения фокусного расстояния системы) становится неприемлемой. Кроме того, в этой системе отсутствует возможность коррекции неоднородности параметров фоточувствительных элементов приемника излучения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение углового разрешения тепловизионного прибора при обеспечении компенсации терморасфокусировки изображения и коррекции неоднородности параметров фоточувствительных элементов приемника излучения перемещением одного из элементов системы.

Поставленная задача решается за счет того, что в оптической системе тепловизионного прибора, состоящей из объектива, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси первый компонент, первая линза которого выполнена выпукло-вогнутой, и второй компонент, выполненный в виде двух выпукло-вогнутых линз, и приемника излучения с охлаждаемой диафрагмой, выход которого соединен с входом блока обработки информации, введены датчик температуры и блок позиционирования, подключенные к входу и выходу блока обработки информации соответственно, в первом компоненте объектива первая линза выполнена положительной и дополнительно введена отрицательная выпукло-вогнутая линза, при этом оптическая сила первого компонента в целом положительная, во втором компоненте первая линза выполнена отрицательной и установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси под управлением блока позиционирования, вторая линза выполнена положительной, при этом оптическая сила второго компонента в целом отрицательная, а расстояния между первым и вторым компонентами d1 и между линзами второго компонента d2 удовлетворяют следующим условиям:

0,2f'<d1<0,4f'; 0,1f'<d2<0,2f', где f' - фокусное расстояние системы.

На фиг. 1 представлена оптическая схема тепловизионного прибора.

На фиг. 2 представлен ход лучей в системе с расположением элементов, соответствующим рабочему режиму (а) и режиму калибровки (б).

На фиг. 3 представлены графики функции концентрации энергии (ФКЭ) системы для температур 20, 60 и минус 50°С.

Оптическая система тепловизионного прибора состоит из объектива, содержащего последовательно расположенные вдоль оптической оси первый компонент I, включающий первую положительную 1 и вторую отрицательную 2 выпукло-вогнутые линзы, и второй компонент II, включающий подвижную первую отрицательную 3 и вторую положительную 4 выпукло-вогнутые линзы, при этом расстояния между первым и вторым компонентами d1 и между линзами второго компонента d2 удовлетворяют следующим условиям: 0,2f'<d1<0,4f'; 0,1f'<d2<0,2f' (f' - фокусное расстояние системы), приемника излучения 5 с охлаждаемой диафрагмой 6, выход которого соединен с входом блока обработки информации 7, датчика температуры 8, подключенного к входу блока обработки информации 7, и блока позиционирования 9, управляющего первой линзой 3 второго компонента II и подключенного к выходу блока обработки информации 7. Дополнительно показано устройство отображения информации (монитор) 10.

Блок обработки информации 7 может быть выполнен на основе микропроцессоров типа цифрового сигнального процессора TMS320 DM642 или подобного и микросхем памяти, обеспечивающих осуществление связей с блоком позиционирования 9 и датчиком температуры 8, электронную обработку сигнала и вывод его на экран монитора 10. Блок позиционирования 9 может быть выполнен в виде шагового двигателя, осуществляющего перемещение линзы 3 вдоль оптической оси.

В таблице 1 приведены технические характеристики системы.

Конструктивные параметры конкретного примера исполнения объектива приведены в таблице 2.

В таблице 3 приведены значения перемещений линзы 3 в зависимости от температуры окружающей среды.

Как следует из таблицы 1, элементарное поле зрения этой оптической системы составляет γ=15/f'=0,13 мрад, что в 5 раз меньше, чем в прототипе, при этом ее длина увеличена незначительно. Конструктивное исполнение, при котором линза 3 установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси, позволяет осуществлять компенсацию расфокусировки изображения при изменении температуры (см. фиг. 3) и частичную расфокусировку изображения для выполнения коррекции неоднородности чувствительных элементов приемника излучения (см. фиг. 2б).

Оптическая система тепловизионного прибора работает следующим образом. Инфракрасное излучение от бесконечно удаленного объекта попадает в объектив, где проходит через линзы 1-4 первого I и второго II компонентов и фокусируется в плоскости чувствительных элементов приемника излучения 5, выходные сигналы с которого поступают в блок обработки информации 7, причем выходной зрачок системы совмещен с охлаждаемой диафрагмой 6.

В рабочем режиме показания датчика температуры поступают в блок обработки информации 7, сигнал с которого поступает в блок позиционирования 9. В соответствии с этим сигналом осуществляется перемещение линзы 3 вдоль оптической оси в заданное положение (см. таблицу 2) и устраняется расфокусировка изображения при изменении температуры.

В режиме калибровки сигнал от блока обработки информации 7 поступает в блок позиционирования 9, и линза 3 перемещается вдоль оптической оси в положение, при котором осуществляется частичная расфокусировка системы. Затем выходные сигналы с приемника излучения 5 поступают в блок обработки информации 7, где вычисляются корректирующие поправки для каждого элемента приемника излучения 5, которые учитываются при формировании изображения в рабочем режиме, после чего скорректированное изображение выводится на экран монитора 10.

Таким образом, выполнение оптической системы тепловизионного прибора в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет повысить его угловое разрешение при обеспечении компенсации терморасфокусировки изображения и коррекции неоднородности параметров фоточувствительных элементов приемника излучения перемещением одного из элементов системы, что улучшает эксплуатационные характеристики прибора в целом.


ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 41-50 из 74.
19.01.2018
№218.016.063f

Ролико-винтовой механизм

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ролико-винтовым механизмам (РВМ). РВМ содержит многозаходный ходовой винт с винтовой нарезкой, гайку с внутренней кольцевой нарезкой, находящиеся с ними в резьбовых зацеплениях ролики-сателлиты, установленные в сепараторе равномерно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631096
Дата охранного документа: 18.09.2017
13.02.2018
№218.016.22bd

Способ изготовления дифракционных решеток

Использование: для изготовления дифракционных решеток с малыми углами «блеска» в пределах 0,5°-2° в твердых хрупких материалах подложек. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование штрихов заданной частоты, с геометрическими параметрами в поперечном сечении,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642139
Дата охранного документа: 24.01.2018
17.02.2018
№218.016.2bc7

Способ изготовления дифракционных решеток

Способ изготовления дифракционных решеток включает в себя нанесение на подложку слоя материала, формирование в нем штрихов и удаление слоя материала посредством реактивного ионно-лучевого травления. Сформированные в слое материала штрихи используют в качестве технологических штрихов, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643220
Дата охранного документа: 31.01.2018
04.04.2018
№218.016.3673

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения

Оптическая система тепловизионного прибора с двумя полями зрения состоит 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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646401
Дата охранного документа: 05.03.2018
04.04.2018
№218.016.36ae

Инфракрасная зеркально-линзовая система

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Инфракрасная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646405
Дата охранного документа: 05.03.2018
09.08.2018
№218.016.7a77

Оптико-электронное устройство

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения, выполненных на матричных фотоприемных устройствах (МФУ). Оптико-электронное устройство (ОЭУ) содержит оптическую систему, в фокальной плоскости которой расположено МФУ, выходы которого через многоканальное устройство аналоговой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663537
Дата охранного документа: 07.08.2018
09.08.2018
№218.016.7ad7

Вариосистема для инфракрасной области спектра

Вариосистема состоит из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663536
Дата охранного документа: 07.08.2018
04.10.2018
№218.016.8ef5

Контактный датчик цели

Изобретение относится к области военной техники и предназначено для выдачи команды на подрыв боеприпасов при их соударении с целью. Контактный датчик цели содержит обтекатель и размещенный на его поверхности чувствительный элемент, определяющий заданную зону чувствительности. Чувствительный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668601
Дата охранного документа: 02.10.2018
11.10.2018
№218.016.9040

Демультиплексор со спектральным разделением каналов

Изобретение относится к оптике, а именно к демультиплексорам, разделяющим входящий сигнал по длинам волн, и может быть использовано преимущественно в качестве оптического элемента в системах телекоммуникаций для спектрального разделения каналов. Технический результат состоит в повышении уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669098
Дата охранного документа: 08.10.2018
19.10.2018
№218.016.9414

Способ склеивания инертных полимерных материалов с металлическими поверхностями

Изобретение относится к технологии склеивания инертных полимерных материалов (ИПМ) с металлическими поверхностями, преимущественно для использования в точном машиностроении, в частности в оптическом приборостроении. Сначала осуществляют подготовку поверхности ИПМ к склеиванию, последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669827
Дата охранного документа: 16.10.2018
Показаны записи 41-50 из 69.
04.04.2018
№218.016.36ae

Инфракрасная зеркально-линзовая система

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах на основе охлаждаемых матричных приемников излучения. Инфракрасная зеркально-линзовая система состоит из расположенных по ходу лучей первого компонента, содержащего положительную линзу и главное вогнутое асферическое зеркало с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646405
Дата охранного документа: 05.03.2018
10.05.2018
№218.016.3f43

Автогрейдер

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам. Задача изобретения - повышение тягово-сцепных качеств и производительности автогрейдера при выполнении операции копания грунта косопоставленным отвалом с одновременным перемещением его в сторону. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648748
Дата охранного документа: 28.03.2018
09.08.2018
№218.016.7a77

Оптико-электронное устройство

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения, выполненных на матричных фотоприемных устройствах (МФУ). Оптико-электронное устройство (ОЭУ) содержит оптическую систему, в фокальной плоскости которой расположено МФУ, выходы которого через многоканальное устройство аналоговой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663537
Дата охранного документа: 07.08.2018
09.08.2018
№218.016.7ad7

Вариосистема для инфракрасной области спектра

Вариосистема состоит из фокусирующего объектива, содержащего последовательно расположенные неподвижный первый компонент в виде положительной выпукло-вогнутой линзы, подвижные второй и третий компоненты, установленные с возможностью перемещения вдоль оптической оси, проекционного объектива и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663536
Дата охранного документа: 07.08.2018
04.10.2018
№218.016.8ef5

Контактный датчик цели

Изобретение относится к области военной техники и предназначено для выдачи команды на подрыв боеприпасов при их соударении с целью. Контактный датчик цели содержит обтекатель и размещенный на его поверхности чувствительный элемент, определяющий заданную зону чувствительности. Чувствительный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668601
Дата охранного документа: 02.10.2018
21.11.2018
№218.016.9eb3

Двухканальная зеркально-линзовая система

Изобретение может быть использовано в многоканальных оптико-электронных системах, предназначенных для обнаружения и распознавания объектов наблюдения в видимой и инфракрасной областях спектра. Система состоит из тепловизионного канала, содержащего первый компонент в виде асферических главного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672703
Дата охранного документа: 19.11.2018
01.03.2019
№219.016.c9f3

Инфракрасный коллиматор

Изобретение может быть использовано для контроля параметров тепловизионных приборов. Инфракрасный коллиматор содержит объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости перед фоновым излучателем, датчик температуры окружающей среды, корректор, предназначенный для изменения в соответствии с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002292067
Дата охранного документа: 20.01.2007
20.03.2019
№219.016.e303

Астровизирующий прибор

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в системах астроориентации, астрокоррекции и астронавигации летательных аппаратов. Астровизирующий прибор содержит входную оптическую систему с объективом, в фокальной плоскости которого установлен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682260
Дата охранного документа: 18.03.2019
29.03.2019
№219.016.f2bb

Оптический дефлектор

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в устройствах с оптико-механическим сканированием, например, чересстрочной развертки. Оптический дефлектор содержит сканирующий элемент, упругий подвес, два пьезокерамических биморфных элемента и узел...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002377622
Дата охранного документа: 27.12.2009
29.03.2019
№219.016.f51c

Тепловизионный канал

Изобретение относится к тепловизионным приборам на матричных фотоприемных устройствах, предназначенных для наблюдения объектов в инфракрасной области спектра. Техническим результатом является повышение надежности обнаружения тепловых объектов. Тепловизионный канал содержит объектив, в фокальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002425463
Дата охранного документа: 27.07.2011
+ добавить свой РИД