ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G02B9/62 G02B11/32 G02B13/14 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при разработке и модернизации приборов ночного видения.

Известен шестилинзовый объектив для приборов ночного видения “Гелиос-ПА” [1] с диаметром входного зрачка 100 мм и относительным отверстием 1:1,5, содержащий четыре оптических компонента, первый из которых со стороны пространства предметов компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки, состоящей из двух выпукло-вогнутых линз, выпуклой поверхностью обращенный к первому компоненту, третий компонент представляет собой склейку, состоящую из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, вогнутой поверхностью обращенный ко второму компоненту, четвертый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы.

Недостатком объектива является недостаточно исправленные уровни аберраций, недостаточный уровень частотно-контрастных характеристик.

Известен восьмилинзовый объектив (заявка №2004108179/28(08911) в ФИПС), содержащий шесть оптических компонентов, первый из которых выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из положительной выпукло-вогнутой и отрицательной выпукло-вогнутой линз, выпуклой поверхностью положительной линзы обращенной к первому компоненту, третий компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, вогнутой поверхностью обращенного ко второму компоненту, четвертый компонент выполнен в виде склейки из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом выпуклая поверхность склейки обращена к третьему компоненту, пятый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, шестой компонент - одиночный отрицательный мениск, вогнутой поверхностью обращенный к пятому компоненту [2] (фиг.1). Диаметр входного зрачка объектива 102 мм, относительное отверстие 1:1,65. В таблице I приведены значения конструктивных параметров указанного объектива.

Таблица I № п.п. Радиусы кривизны, мм Осевые расстояния, мм Марки стекол 0 - - воздух 1 276,100 14,400 ТК121 2 -318,724 8,600 воздух 3 86,500 15,500 ТК121 4 2713,552 5,000 ТФ105 5 107,400 17,000 воздух 6 -153,460 6,000 ТФ105 7 -1025,709 27,850 воздух 8 261,200 17,000 БК110 9 -56,490 6,900 ОФ6 10 56,490 2,670 воздух 11 59,980 18,000 ТК121 12 -125,030 56,240 воздух 13 -39,720 4,000 К108 14 -88,720 13,241 воздух 15 0,000 5,600 К108 16 0,000   воздух

Объектив формирует изображение предмета с обеспечением полихроматической контрастности с учетом спектральной эффективности арсенидгалиевого фотокатода (электронно-оптический преобразователь третьего поколения) в соответствии с данными таблицы II, в которой приведены значения частотно-контрастных характеристик для ряда пространственных частот в плоскости наилучшей установки с учетом спектральных характеристик арсенидгалиевого фотокатода. График спектральных характеристик арсенидгалиевого фотокатода изображен на фиг.2.

Объектив был спроектирован для работы с конкретным российским электронно-оптическим преобразователем с мультищелочным фотокатодом, включая электронно-оптический преобразователь поколения “два плюс” с толщиной стекла фотокатода до 3,2 мм. Объектив обеспечивает высокую контрастность формируемого изображения.

Однако к недостатку объектива следует отнести то, что при работе с современными и перспективными электронно-оптическими преобразователями с толщиной стекла фотокатода, как правило, равной 5,6 мм, и пределом разрешения около 100 пар штрихов на миллиметр, его контрастности по краю поля зрения на предельных пространственных частотах может быть недостаточно для уверенного опознавания наблюдаемого объекта на предельно больших дальностях.

Таблица II Система-Объектив o/j=1,6/168 2w=6°14' Частотно-контрастная характеристика Простран. частота, Точка на оси Y=-3.0700 Y=-2.4159 Y=-2.1216 Y=-1.3334 лин/мм   мер. caг. мер. caг. мер. caг. мер. caг. Полихроматические (непрерывный спектр λ_н=546 нм, λ_в=900 нм) 0.00 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 10.00 1,0 0,98 0,99 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 20.00 0,96 0,85 0,87 0,89 0,91 0,93 0,94 0,95 0,95 30.00 0,88 0,69 0,73 0,76 0,79 0,82 0,84 0,86 0,87 40.00 0,78 0,55 0,61 0,63 0,68 0,71 0,74 0,76 0,77 50.00 0,68 0,44 0,52 0,52 0,58 0,61 0,64 0,66 0,67 60.00 0,57 0,36 0,45 0,44 0,50 0,52 0,55 0,57 0,58 70.00 0,47 0,30 0,39 0,37 0,43 0,44 0,47 0,48 0,49 80.00 0,39 0,25 0,33 0,32 0,37 0,38 0,40 0,41 0,41 90.00 0,31 0,22 0,29 0,27 0,32 0,32 0,34 0,34 0,34 100,00 0,25 0,18 0,25 0,23 0,27 0,27 0,30 0,29 0,29 o/j - относительное отверстие/фокусное расстояние;
w - половина угла поля зрения объектива;
Y - угловая координата.

Задачей изобретения является создание объектива преимущественно с диаметром входного зрачка 102 мм и относительным отверстием 1:1,65 с удовлетворительно исправленными уровнями аббераций, в том числе по краю поля зрения, имеющего высокие значения полихроматических частотно-контрастных характеристик с учетом спектральной эффективности арсенидгалиевого фотокатода в области повышенных пространственных частот и, как следствие, обеспечивающего высокую, конкурентоспособную дальность видения наблюдательных приборов, созданных на базе указанного объектива и усилителей яркости изображения третьего поколения.

Поставленная задача достигается тем, что предложен объектив, содержащий шесть оптических компонентов, первый из которых со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки от двух линз, первая из которых - двояковыпуклая линза, вторая - двояковогнутая линза, двояковыпуклой линзой обращенной к первому компоненту, третий компонент выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы, четвертый компонент выполнен в виде склейки из двух линз, первая из которых - двояковыпуклая линза, вторая - двояковогнутая линза, двояковыпуклой линзой обращенной к третьему компоненту, пятый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, шестой компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, вогнутой поверхностью обращенного к пятому компоненту. Отличием предлагаемого объектива является то, что первая со стороны пространства предметов линза второго компонента, склеенного из двух линз, выполнена в виде двояковыпуклой линзы. вторая линза второго компонента выполнена в виде двояковогнутой линзы, а третий компонент со стороны пространства предметов представляет собой двояковогнутую линзу. Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.3 представлена принципиальная оптическая схема заявляемого объектива. Объектив имеет диаметр входного зрачка 102 мм, относительное отверстие 1: 1,65 и фокусное расстояние 167,909 мм. В таблице III приведены значения конструктивных параметров заявляемого объектива. В таблице IV приведены значения полихроматических частотно-контрастных характеристик заявляемого объектива для ряда пространственных частот в плоскости наилучшей установки с учетом спектральных характеристик арсенидгалиевого фотокатода

Таблица III № п.п. Радиусы кривизны, мм Осевые расстояния, мм Марки стекол 0 - - воздух 1 163,680 16,400 ТК21 2 -746,400 12,000 воздух 3 104,230 15,700 ТК21 4 -809,100 6,000 ТФ5 5 132,130 12,700 воздух 6 -223,900 7,000 ТФ5 7 623,700 22,900 воздух 8 194,54 17,300 БК10 9 -55,340 8,000 ОФ6 10 55,340 3,100 воздух 11 57,810 18,000 ТК21 12 -151,690 56,240 воздух 13 -37,840 4.000 К8 14 -80,100 10,208 воздух 15 0.000 7,600 К8 16 0.000   воздух

Таблица IV Система-Объектив o/j=1,65/168 2w=6°14' Частотно-контрастная характеристика Простран. частота, лин/мм Точка Y=-3,07 Y=-2,4159 Y=-2,1216 Y=-1,3334           на оси мер. caг. мер. caг. мер. caг. мер. caг. Полихроматические (непрерывный спектр λ_н=546 нм, λ_в=900 нм) 0.00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1.00 1,00 10.00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 20.00 0,93 0,88 0,91 0,89 0,92 0,91 0,93 0,93 0,93 30.00 0,84 0,74 0,80 0,77 0,81 0,80 0,83 0,83 0,84 40.00 0,75 0,62 0,70 0,65 0,71 0,70 0,73 0,73 0,74 50.00 0,67 0,52 0,61 0,56 0,62 0,61 0,64 0,65 0,66 60.00 0,60 0,45 0,54 0,49 0,55 0,54 0,57 0,58 0,59 70.00 0,55 0,40 0,49 0,44 0,50 0,48 0,52 0,52 0,54 80.00 0,50 0,37 0,45 0,40 0,45 0,44 0,48 0,48 0,49 90.00 0,47 0,34 0,41 0,37 0,42 0,41 0,44 0,44 0,46 100.00 0,44 0,31 0,38 0.34 0,39 0,38 0,41 0,41 0,43 o/j - относительное отверстие/фокусное расстояние;
w - половина угла поля зрения заявляемого объектива;
Y - угловая координата.

Объектив формирует изображение предмета с полихроматическими частотно-контрастными характеристиками с учетом спектральной эффективности арсенидгалиевого фотокатода (фиг.2) в соответствии с данными таблицы IV. Как видно из таблиц значений полихроматических частотно-контрастных характеристик (табл.II) объектива - прототипа и табл.IV - заявляемого объектива, рассчитанных в одном спектральном диапазоне длин воли 546,1…900 нм и с учетом одних и тех же значений спектральной эффективности арсенидгалиевого фотокатода, предлагаемый объектив обеспечивает значительно более высокую контрастность формирования изображения объектов наблюдения как для точки на оси, так и для углового поля зрения в области повышенных пространственных частот. Это обеспечит прирост дальности видения наблюдательных приборов ночного видения. В таблицах I и III в строке 15 в колонке “осевые расстояния” указана толщина фотокатодного стекла усилителя яркости изображения” в том числе в табл. III вместе с толщиной компенсационной пластины (выбрана конструктивно), совместно с которыми объективы работают. Применение предлагаемого объектива обеспечит высокую дальность видения и соответственно конкурентоспособность приборов ночного видения, обеспечит максимальное использование возможностей современных и перспективных электронно-оптических преобразователей.

Использованные источники информации

1. Объектив “Гелиос-ПА”. Технические условия БЛЗ.877.044 ТУ, 1973.

2. Заявка №2004108179/28(008911) на выдачу патента Российской Федерации на изобретение “Объектив для приборов ночного видения” - прототип.

Объектив содержит шесть оптических компонентов, первый из которых со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы. Второй компонент выполнен в виде склейки из двух линз, первая из которых - двояковыпуклая линза, вторая - двояковогнутая линза, двояковыпуклой линзой обращенной к первому компоненту. Третий компонент - одиночная двояковогнутая линза. Четвертый компонент выполнен в виде склейки из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, при этом выпуклая поверхность склейки обращена к третьему компоненту. Пятый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, шестой компонент - одиночный отрицательный мениск, вогнутой поверхностью обращенный к пятому компоненту. Обеспечивается уменьшение аберраций, в том числе по краю поля зрения, а также получение высоких значений полихроматических частотно-контрастных характеристик в области повышенных пространственных частот с учетом спектральных характеристик фотокатод. 3 ил., 4 табл.

Объектив для приборов ночного видения, содержащий шесть оптических компонентов, первый из которых со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из двух линз, третий компонент выполнен в виде одиночной линзы, четвертый компонент выполнен в виде склейки из двух линз, первая из которых - двояковыпуклая линза, вторая - двояковогнутая линза, выпуклой поверхностью первой линзы склейки обращенной к третьему компоненту, пятый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, шестой компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, вогнутой поверхностью обращенного к пятому компоненту, отличающийся тем, что первая со стороны пространства предметов линза второго компонента, обращенная к первому компоненту, выполнена в виде двояковыпуклой линзы, а вторая линза второго компонента выполнена в виде двояковогнутой линзы, третий компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы.