Інфрачервоний об’єктив з термостабілізованою якістю зображення

Реферат: Інфрачервоний об'єктив з термостабілізованою якістю зображення містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти, що працюють в ІЧ діапазоні довжин хвиль спектру від 8 до 12 мкм. Радіус кривизни першої оптичної поверхні об'єктива становить 55,56 мм, радіус кривизни другої поверхні 158,63 мм, радіус кривизни третьої поверхні 505,84 мм, радіус кривизни четвертої поверхні 92,63 мм, радіус кривизни п'ятої поверхні 20,65 мм, радіус кривизни шостої поверхні 21,41 мм, відстань між першою та другою оптичними поверхнями системи становить 6,59 мм, відстань між другою та третьою оптичними поверхнями 5,42 мм, відстань між третьою та четвертою оптичними поверхнями 3,59 мм, відстань між четвертою та п'ятою оптичними поверхнями 43,32, відстань між п'ятою та шостою оптичними поверхнями 7,15 мм, відстань між шостою оптичною поверхнею та фокальною площиною системи становить 8,19 мм. UA 118054 U (54) ІНФРАЧЕРВОНИЙ ОБ'ЄКТИВ З ТЕРМОСТАБІЛІЗОВАНОЮ ЯКІСТЮ ЗОБРАЖЕННЯ UA 118054 U UA 118054 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, а саме до діоптричних світлосильних об'єктивів для далекої інфрачервоної (14) області спектру, і може бути використана в якості оптичної системи для тепловізійних приладів з матричними приймачами випромінювання, наприклад, мікроболометрами. Як найближчий аналог прийнято патент на світлосильний об'єктив (RU2593413 G02B 9/16, G02B 11/08 10.08.2016), призначений для роботи у спектральному діапазоні довжин хвиль від 8 до 14 мкм. Аналог має наступні характеристики: фокусна відстань f=100 мм, кутове поле зору 2ω=13°, відносний отвір 1:1. Об'єктив містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти: перший додатний меніск, від'ємну лінзу і другий додатний меніск. Меніски обернені опуклою поверхнею до простору предметів. Серед наведених конструктивних параметрів оптичної системи світлосильного об'єктиву є варіанти як з усіма сферичними заломлюючими поверхнями, так і з однією-двома асферичними поверхнями лінз. Усі оптичні компоненти об'єктиву виконані з германію (Ge). Основним недоліком найближчого аналогу є терморозфокусування оптичної системи пристрою, що виникає внаслідок зміни температури при використанні 14 об'єктиву в нестабільних температурних умовах навколишнього середовища, що призводить до зміни характеристик оптичної системи та різкого зниження якості зображення. Зміна величини заднього фокального відрізку при зміні температури в системі на 40 °C складає більш ніж 300 мкм. Також до недоліків аналогу можна віднести: невисокий рівень функції концентрації енергії (ФКЕ) в плямі розсіяння розміром 25 мкм (близько 53 % на краю поля зору системи) та -1 недостатній рівень модуляційної передавальної функції (МПФ) на просторовій частоті 20 мм (40 % на краю поля зору системи), що не дасть змогу отримати високу якість зображення оптичної системи у поєднанні з сучасними матричними приймачами випромінювання з розміром пікселя 25 мкм та менше навіть при номінальній температурі пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача збереження якості зображення та характеристик об'єктиву при зміні температури навколишнього середовища в діапазоні від 20 °C до +60 °C, що досягається шляхом проектування термостабілізованої оптичної системи з метою збереження величини задньої фокальної відстані в складних температурних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що ІЧ об'єктив з термостабілізованою якістю зображення, що містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти, які працюють в далекому ІЧ діапазоні довжин хвиль спектру від 8 до 12 мкм, новим є те, що об'єктив має незмінні якість зображення та характеристики в діапазоні температур навколишнього середовища від -20 °C до +60 °C, перший та третій оптичні компоненти виконані з безкисневого 14 скла ІКС25 (ОСТ 3-3441-83), другий - з селеніду цинку (ZnSe). Корисна модель пояснюється зображенням (фіг. 1), де на кресленні показана оптична схема інфрачервоного об'єктиву з термостабілізованою якістю зображення. Оптична схема містить послідовно розташовані по ходу променів перший додатний меніск 1, обернений увігнутою поверхнею до простору зображень, другий від'ємний меніск 2, обернений увігнутою поверхнею до простору зображень, третій додатний меніск 3, обернений увігнутою поверхнею до простору зображень. Усі оптичні компоненти об'єктиву мають сферичні заломлюючі поверхні. Меніски виконані з наступних матеріалів: перший та третій - з безкисневого скла ІКС25, другий - з селеніду цинку (ZnSe). Інфрачервоне випромінювання, що йде від кожної точки віддаленого об'єкту, проходячи послідовно меніски 1-3 фокусується в площині зображення, при цьому розмір плями розсіяння в діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм відповідає величині пікселя матричного фотоприймального пристрою (ФПП), внаслідок чого на площадці ФПП створюється якісне зображення об'єктів і фону в 14 спектральному діапазоні. Об'єктив має наступні характеристики: фокусна відстань f=50,1 мм, кутове поле зору 2ω=12°, відносний отвір 1:1, спектральний діапазон роботи 8-12 мкм. Висока якість зображення об'єктиву підтверджується рівнем МПФ 63 % на просторовій частоті 20 мм-1 для краю поля зору системи та рівнем ФКЕ 75 % в розмірі плями розсіяння 25 мкм на краю поля зору системи. Графіки МПФ та ФКЕ наведені на фіг. 2 і фіг. 3 відповідно. Величина заднього фокального відрізку даного об'єктиву залишається незмінною в діапазоні температур навколишнього середовища від -20 °C до +60 °C, внаслідок чого при коливаннях температури в указаному діапазоні на ФПП буде формуватися якісне зображення, а характеристики об'єктиву будуть незмінними. Таблиця 1 містить конструктивні параметри 14 об'єктиву з термостабілізованою якістю зображення. 1 UA 118054 U Таблиця 1 Радіус кривизни поверхні Відстань між оптичними поверхнями Світловий Матеріал оптичного оптичного компонента, мм компонентів системи, мм діаметр, мм компонента R1 55,56 6,59 51,7 ІКС25 R2 158,63 5,42 50,4 R3 505,84 3,59 46,1 ZnSe R4 92,63 43,32 43,44 R5 20,65 7,15 23,34 ІКС25 R6 21,41 8,19 17,86 5 Таким чином, пропонований ІЧ об'єктив з термостабілізованою якістю зображення, що володіє сукупністю вказаних відмітних ознак, порівняно з найближчим аналогом дозволяє покращити якість зображення, застосовувати його з сучасними матричними приймачами випромінювання з розміром пікселя 25 мкм, зберегти високу якість зображення та незмінні характеристики в діапазоні температур навколишнього середовища від -20 °C до +60 °C за рахунок відсутності терморозфокусування в оптичній системі в цьому температурному діапазоні. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Інфрачервоний об'єктив з термостабілізованою якістю зображення, що містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти, що працюють в ІЧ діапазоні довжин хвиль спектру від 8 до 12 мкм, який відрізняється тим, що радіус кривизни першої оптичної поверхні об'єктива становить 55,56 мм, радіус кривизни другої поверхні 158,63 мм, радіус кривизни третьої поверхні 505,84 мм, радіус кривизни четвертої поверхні 92,63 мм, радіус кривизни п'ятої поверхні 20,65 мм, радіус кривизни шостої поверхні 21,41 мм, відстань між першою та другою оптичними поверхнями системи становить 6,59 мм, відстань між другою та третьою оптичними поверхнями 5,42 мм, відстань між третьою та четвертою оптичними поверхнями 3,59 мм, відстань між четвертою та п'ятою оптичними поверхнями 43,32, відстань між п'ятою та шостою оптичними поверхнями 7,15 мм, відстань між шостою оптичною поверхнею та фокальною площиною системи становить 8,19 мм. 2. Інфрачервоний об'єктив з термостабілізованою якістю зображення за п. 1, який відрізняється тим, що перший та третій оптичні компоненти виконані з безкисневого інфрачервоного скла ІКС25 (ОСТ 3-3441-83), другий - з селеніду цинку (ZnSe). 2 UA 118054 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3