Світлосильний атермалізований об’єктив для інфрачервоної області спектра

Реферат: Світлосильний атермалізований об'єктив для інфрачервоної області спектра містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти та працює в діапазоні довжин хвиль спектра від 8 до 12 мкм. При цьому радіус кривизни першої оптичної поверхні об'єктива становить 48,13 мм, радіус кривизни другої поверхні - 144,24 мм, радіус кривизни третьої поверхні - 557,74 мм, радіус кривизни четвертої поверхні - 99,18 мм, радіус кривизни п'ятої поверхні - 23,33 мм, радіус кривизни шостої поверхні - 22,88 мм. Відстань між першою та другою оптичними поверхнями системи становить 4,74 мм, відстань між другою та третьою оптичними поверхнями - 1,89 мм, відстань між третьою та четвертою оптичними поверхнями 2,59 мм, відстань між четвертою та п'ятою оптичними поверхнями - 36,62 мм, відстань між п'ятою та шостою оптичними поверхнями - 6,58 мм, відстань між шостою оптичною поверхнею та фокальною площиною системи становить 8,02 мм. UA 118184 U (12) UA 118184 U UA 118184 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, а саме до спеціальних світлосильних об'єктивів, що працюють в далекій інфрачервоній (ІЧ) області спектра, та може бути використана в тепловізійних приладах з матричними приймачами випромінювання і застосована в медичних сферах, таких як кардіохірургія, ортопедія, травматологія та мамологія. Як найближчий за технічним рішенням аналог прийнято патент на світлосильний об'єктив (RU 2593413, МПК G02B9/16, G02B11/08 10.08.2016), що працює у діапазоні довжин хвиль від 8 до 14 мкм. Аналог має наступні характеристики: відносний отвір 1:1, кутове поле зору 2ω=13°, фокусна відстань f=100 мм. Об'єктив містить три оптичні компоненти, перший з яких - додатний меніск, обернений опуклою поверхнею до простору предметів, другий - від'ємна лінза, третій додатний меніск, обернений опуклою поверхнею до простору предметів. Серед наведених конструктивних параметрів оптичної системи світлосильного об'єктива є варіанти як з усіма сферичними заломлюючими поверхнями, так і з однією-двома асферичними поверхнями лінз. Усі оптичні компоненти об'єктива виконані з германію (Ge). Основним недоліком оптичної системи аналога є наявність суттєвого терморозфокусування пристрою, що виникає внаслідок зміни температури при використанні ІЧ об'єктива в нестабільних температурних умовах навколишнього середовища. Цей фактор обумовлює зміну положення площини найкращого зображення та розмірів кружків розсіяння системи, що, в свою чергу, призводить до зміни характеристик оптичної системи та різкого погіршення якості зображення. Зміна величини заднього фокального відрізка аналога при зміні температури в системі на 40 °C складає більш ніж 300 мкм. Також до недоліків аналога можна віднести: мале поле зору системи, невисокий рівень функції концентрації енергії (ФКЕ) в плямі розсіяння розміром 25 мкм (близько 53 % на краю поля зору системи) та недостатній рівень модуляційної -1 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 25×25 мкм та менше навіть при номінальній температурі пристрою. Головними задачами корисної моделі є підвищення кута поля зору, поліпшення якості зображення оптичної системи, а також збереження якості зображення та характеристик об'єктива при зміні температури навколишнього середовища в діапазоні від 0 °C до +50 °C, що досягається шляхом проектування термостабілізованої оптичної системи з метою збереження величини задньої фокальної відстані в складних температурних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що світлосильний атермалізований об'єктив для ІЧ області спектра, що містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти та працює в діапазоні довжин хвиль від 8 до 12 мкм, згідно з корисною моделлю, має незмінні якість зображення та характеристики в діапазоні температур навколишнього середовища від 0 °C до +50 °C, перший оптичний компонент виконаний з безкисневого ІЧ скла ІКС25 (ОСТ 33441-83), другий - з селеніду цинку (ZnSe). Корисна модель пояснюється кресленням ( 1), на якому показана оптична схема світлосильного атермалізованого об'єктива для ІЧ області спектра. Схема містить послідовно розташовані по ходу променів перший додатний меніск 1, обернений опуклою поверхнею до простору предметів, другий від'ємний меніск 2, обернений опуклою поверхнею до простору предметів, третій додатний меніск 3, обернений увігнутою поверхнею до простору зображень. Усі заломлюючі поверхні оптичних компонентів об'єктива є сферичними. Меніски виконані з наступних матеріалів: перший - з безкисневого скла ІКС25, другий - з селеніду цинку (ZnSe), третій - з германію (Ge). Інфрачервоне випромінювання, що йде від об'єкта спостереження, проходячи послідовно меніски 1-3, фокусується в площині зображення оптичної системи, 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 ІЧ спектральному діапазоні. Запропонований об'єктив має наступні характеристики: відносний отвір 1:1, кутове поле зору 2ω=20°, фокусна відстань f=38,2 мм, спектральний діапазон роботи 8-12 мкм. Висока якість -1 зображення об'єктива підтверджується рівнем МПФ 50 % на просторовій частоті 20 мм для краю поля зору системи та рівнем ФКЕ 66 % в розмірі плями розсіяння 25 мкм на краю поля зору системи. Графіки МПФ для меридіонального (М) і сагітального (С) перетинів та ФКЕ в площині найкращої установки ФПП наведені на фіг. 2 і фіг. 3 відповідно. Величина заднього фокального відрізку даного об'єктива залишається незмінною в діапазоні температур навколишнього середовища від 0 °C до +50 °C, внаслідок чого при коливаннях температури в указаному діапазоні на ФПП буде формуватися якісне зображення, а характеристики об'єктива 1 UA 118184 U будуть незмінними. Таблиця містить конструктивні параметри світлосильного атермалізованого об'єктива для ІЧ області спектра. Таблиця Радіус кривизни поверхні оптичного компонента, мм R1 48,13 R2 144,24 R3 557,74 R4 99,18 R5 23,33 R6 22,88 5 10 15 Відстань між оптичними поверхнями компонентів системи, мм 4,74 1,89 2,59 36,62 6,58 8,02 Світловий діаметр, Матеріал оптичного мм компонента 41,66 40,96 40,31 38,74 25,51 20,18 ІKС25 ZnSe Ge Таким чином, запропонований світлосильний атермалізований об'єктив для ІЧ області спектра, що має сукупність вказаних відмітних ознак, порівняно з найближчим аналогом дозволяє покращити якість зображення, підвищити кут поля зору системи, застосовувати його з сучасними матричними приймачами випромінювання з розміром пікселя 25×25 мкм, зберегти високу якість зображення та незмінні характеристики в діапазоні температур навколишнього середовища від 0 °C до +50 °C за рахунок відсутності терморозфокусування в оптичній системі в цьому температурному діапазоні. Перелік фігур креслень: фіг. 1 - оптична схема атермалізованого об'єктива; фіг. 2 - модуляційна передавальна функція; фіг. 3 - функція концентрації енергії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Світлосильний атермалізований об'єктив для інфрачервоної області спектра, що містить послідовно розташовані по ходу променів три оптичні компоненти та працює в діапазоні довжин хвиль спектра від 8 до 12 мкм, який відрізняється тим, що радіус кривизни першої оптичної поверхні об'єктива становить 48,13 мм, радіус кривизни другої поверхні - 144,24 мм, радіус кривизни третьої поверхні - 557,74 мм, радіус кривизни четвертої поверхні - 99,18 мм, радіус кривизни п'ятої поверхні - 23,33 мм, радіус кривизни шостої поверхні - 22,88 мм, відстань між першою та другою оптичними поверхнями системи становить 4,74 мм, відстань між другою та третьою оптичними поверхнями - 1,89 мм, відстань між третьою та четвертою оптичними поверхнями - 2,59 мм, відстань між четвертою та п'ятою оптичними поверхнями - 36,62 мм, відстань між п'ятою та шостою оптичними поверхнями - 6,58 мм, відстань між шостою оптичною поверхнею та фокальною площиною системи становить 8,02 мм. 2. Світлосильний атермалізований об'єктив для інфрачервоної області спектра за п. 1, який відрізняється тим, що перший оптичний компонент виконаний з безкисневого інфрачервоного скла ІКС25 (ОСТ 3-3441-83), другий - з селеніду цинку (ZnSe). 2 UA 118184 U 3 UA 118184 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4