Тепловидение. Инфракрасное излучение. Ик объективы Матрицы охлаждаемые и неохлаждаемые

Тепловизионный объектив выполнен по двухлинзовой схеме с асферическими поверхностями. Конструкция объектива предусматривает возможность герметичной установки в прибор посредством фланца в передней части объектива с герметизирующей прокладкой. Фокусное расстояние объектива (20 мм) достаточно мало и большинство наблюдаемых объектов для объектива находятся в бесконечности. Подстройка резкости этому объективу не требуется. Резкость по лучшим показателям передаточной функции устанавливается на предприятии-изготовителе и в дальнейшем не изменяется. Регулировка резкости производится вращением объектива по резьбе. Объектив производится серийно с 2010 года.

АО «ОКБ «АСТРОН» является единственным предприятием в России, имеющим полный цикл производства тепловизионной оптики от выращивания монокристаллов германия до законченных оптических систем. Оптика для тепловизионных систем рассчитана на спектральный диапазон длиной волны 3–5 мкм или 7–14 мкм. В длинноволновом диапазоне электромагнитного излучения основным материалом для оптики является монокристалл германия. Выращивание монокристалла германия производится по методу Чохральского. В России только два предприятия обладают технологией выращивания этих кристаллов, но только наше предприятие выращивает кристаллы оптического качества со стабильными показателями коэффициента оптического преломления. Также ОКБ «АСТРОН» обладает технологией выращивания монокристаллов германия со стабильными показателями dN/dT, изменения коэффициента преломления германия от окружающей температуры. Без технологической возможности выращивания германия с этими показателями невозможно разрабатывать и производить атермальные объективы, у которых фокальная плоскость не меняет положения при изменении температуры во всем диапазоне рабочих температур.

Наше предприятие является единственным в России серийным производителем тепловизионных объективов гражданского направления. Товарный выпуск объективов с фокусным расстоянием 100 мм и выше превышает 1000–1200 единиц в год.

Оптическая схема большинства объективов выполнена по традиционной двухлинзовой схеме с использованием одной или двух асферических поверхностей. Применение асферических поверхностей линз позволяет сократить количество линз в объективе, улучшить характеристики, устранить аберрацию и астигматизм.

АО «ОКБ «АСТРОН» – одно из немногих предприятий России, способных производить асферическую инфракрасную оптику, и обладает собственной автоматизированной линией фирмы Optoteh GmbH.

Представленные в разделе тепловизионные объективы производятся серийно с 2010 года. Общий объем выпущенных объективов, представленных в этом разделе, превышает 11 тысяч по состоянию на конец 2018 года.

Тепловизионный объектив F50

Тепловизионный объектив F50 - самый дальнобойный сменный объектив, предназначенный для установки на тепловизионные монокуляры Pulsar Helion XP28 и Pulsar Helion XP38. Длина фокусного расстояния в 50 мм обеспечивает техническую возможность для комфортных наблюдений на дальних дистанциях. При использовании именного этого объектива вы сможете распознать цель ростом 1,7 метра (олень или человек) на дистанции 1800 метров, что в условии крайне плохой видимости является неоспоримым преимуществом перед другими оптическими приборами.

Оптическое увеличение тепловизора Pulsar Helion XP с помощью объектива F50 составляет 2,5х, но, применяя плавный цифровой зум в пределах 2х-8х, можно добиться максимального увеличения прибора на уровне 20 крат. Поле зрения на расстоянии в 100 метров составляет 21 метр. Использование сменных объективов на одном тепловизионном приборе значительно расширяет функциональные возможности прибора. Так при необходимости быстро отыскать тепловой объект на большой площади при небольшом удалении лучше воспользоваться короткофокусным сменным объективом, а при поиске целей на значительном удалении все прелести раскроет объектив F50.

Внимание! После физической смены объектива для корректной работы тепловизора вам необходимо в меню прибора выбрать соответствующее значение «50». Теперь ваш тепловизионный монокуляр будет работать корректно, изображение удаленных объектов будет высокого качества.

Разработка, расчет и производство инфракрасных (ИК) объективов для тепловизионных систем, работающих в диапазонах 3…5 и 8…12 мкм, а также для оптических датчиков, работающих в ИК диапазоне, являются важным направлением деятельности компании. Предприятие проектирует и изготавливает инфракрасные (ИК) объективы (в том числе атермальные объективы), как серийно в стандартном исполнении, так и по техническому заданию заказчика, а также осуществляет расчет и изготовление других оптических сборок для ИК техники, среди которых:

• тепловизионные объективы для неохлаждаемых тепловизионных камер на основе микроболометрических матриц диапазона 8…12 мкм. Это наиболее распространённый тип систем, что обусловлено эффективным для передачи тепловизионного изображения спектральным диапазоном, оптимальной практичностью матричных приемников, не требующих охлаждения и холодной диафрагмы, а также относительно невысоким уровнем цены такого устройства;
• тепловизионные объективы для охлаждаемых тепловизионных камер, работающих в диапазоне 3…5 мкм. На основе подобных систем создаются тепловизоры с повышенным сочетанием требований к характеристикам и конструктивному исполнению. Это наиболее сложный тип инфракрасных систем, но вместе с тем обладающий наилучшими возможностями по обнаружению и идентификации объектов наблюдения;
• ИК объективы для одно- и несколько-элементных сенсоров, работающих в среднем и ближнем ИК диапазонах, в основном 3...5 мкм. Обычно это простые системы, в составе которых несложная ИК оптика и датчик, основной задачей которого является формирование сигнала, а не передача изображения.

Инфракрасные объективы находят свое применение в тепловизионных системах различного класса:

• оборонные (носимые и стационарные тепловизоры, тепловизионные прицелы, оптико-локационные станции, приборы целеуказания и прицелы наземной техники);
• технологические (приборы теплового контроля технологического и строительного назначения, пирометры);
• для обеспечения безопасности (тепловизионные камеры контроля периметра, границы, противопожарные системы).

В зависимости от поставленных задач мы разрабатываем инфракрасные (ИК) объективы всех указанных классов, среди которых особо выделяются атермальные ИК объективы. ИК оптика для тепловизоров среднего и дальнего диапазонов имеет свою специфику, выражающуюся в особенностях термооптических характеристик используемых оптических материалов, таких как монокристаллы германия, кремния, поликристаллические селенид и сульфид цинка, монокристаллы фторидов металлов. В большинстве случаев ИК объектив содержит линзы из германия, обладающего высоким и нелинейным температурным коэффициентом показателя преломления. Ввиду этого, ИК оптика подвержена расфокусировкам при изменении температуры, и одно из решений проблемы - термокомпенсированная конструкция, перемещающая линзу или группу линз относительно приемника в зависимости от температуры. Немногие компании предлагают атермальные объективы из-за необходимости разрабатывать сложную конструкцию, зачастую используемую в суровых условиях механических и ударных нагрузок. По Вашему техническому заданию мы сделаем расчет и разработку атермального ИК объектива на заказ. Оптика для тепловизора разрабатывается и изготавливается в различных исполнениях с применением особо твердых защитных покрытий, OEM-исполнении, с облегченной по массе конструкцией.

Нужны ли дополнительные объективы для тепловизора?

При покупке тепловизора, этот вопрос каждый задаёт себе сам и сам же отвечает на него руководствуясь доступной информацией. Со своей стороны попробуем расширить количество той самой информации, чтобы выбор покупателя был более обоснованный.

Итак, зачем нужны дополнительные линзы/объективы?
Качество снимка зависит от нескольких параметров, но в первую очередь от качества тепловизионной матрицы её чувствительности и размера, а также от параметров объектива.
В первую очередь именно технические характеристики тепловизионной матрицы и объектива и определяют качество снимка. Как правило, сменить матрицу на большую не представляется возможным, поэтому остаются только сменные или дополнительные объективы которые повышают качество снимка. Я с изрядной долей скепсиса отношусь к заявлениям о том, что недостатки матрицы и объектива можно решить с помощью дополнительной программной обработки, и тем самым получить большее, чем это возможно исходя из аппаратных средств.

К примеру:
Матрица 384x288 с объективом 20⁰ обеспечивает пространственное разрешение: 0,91 мрад. Матрица 160х120 с таким же объективом 20⁰ обеспечивает разрешение в 2,2 мрад.
Иными словами на расстоянии 100 метров тепловизор с матрицей 384х288 может различить объект размером 9,1х9,1 см, в то время как для матрицы 160х120 минимальный объект должен иметь размеры не менее чем 22х22 см!
Очень оптимистично звучит возможность добиться разрешения 9x9 см, при том, что качество исходных, пусть даже сотни снимков, не лучше чем 22х22 см.
Очевидно, что опция «сверхразрешение» может несколько улучшить качество снимка, особенно в случае «естественного» дрожания рук, но возможность сделать чудо, увеличив разрешение в два раза, остается как минимум под сомнением.

Таким образом остается один естественный путь расширения эффективной дальности или области съёмки - дополнительные объективы. К стандартному объективу предлагают опционально два объектива - широкоугольный и узкоугольный.

Широкоугольный объектив , как правило, используется в случае необходимости съемки большой области с относительно небольшого расстояния. Не столь популярен как узкоугольный, так как всегда можно объединить серию стандартных снимков в панорамное изображение, тем более что широкоугольный объектив расширяет область съемки за счет снижения детализации, а это устраивает немногих.

Узкоугольный (телеобъектив) объектив применяют в том случае, когда важна высокая детализация относительно небольшого объекта удаленного на приличное расстояние. Здесь никакими программными ухищрениями нельзя решить задачу - нужен специальный объектив. В моей практике был случай, когда нужно было провести съёмку трубы ТЕЦ5 (высота over200м), в этом случае такой объектив был просто необходим.