Объектив для приборов ночного видения Российский патент 2022 года по МПК G02B9/62 G02B13/14 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам, используемым совместно с электронно-оптическими преобразователями в приборах ночного видения, работающих при пониженной освещенности как в активном, так и в пассивном режимах.

Известен линзовый объектив прибора ночного видения по патенту РФ №2218585, МПК G02B 9/60, 13/14, опубликованный в 2003 году. Он выполнен с фокусным расстоянием f'=80 мм, относительным отверстием 1:1,5, линейным полем в пространстве изображения 2у'=18 мм. Объектив содержит установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты. Силовой компонент включает в себя положительные двухлинзовую склейку и одиночный мениск, а также отрицательную двухлинзовую склейку, установленную после одиночного мениска. Коррекционный компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, и плоскопараллельной пластинки. Однако, данный объектив имеет недостаточно большие относительное отверстие и фокусное расстояние, что приводит к увеличению ошибки прицеливания на местности, а также узкий спектральный интервал работы (0,68-0,88) нм и укороченный задний вершинный отрезок, не позволяющий разместить турель со сменными светофильтрами, предназначенными для работы в пассивном, активном и выверочном режимах при использовании электронно-оптического преобразователя с защитным стеклом толщиной 5,6 мм, что ухудшает выходные параметры приборов.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является светосильный объектив, описанный в патенте на полезную модель RU №37844, опубликованном 10.05.2004 г., заявка №2003134804, МПК G02B 9/34, G02B 11/20. Объектив состоит из последовательно установленных по ходу луча положительной двояковыпуклой линзы, сложной линзы, склеенной из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательной двояковогнутой линзы, склеенного положительного мениска, обращенного выпуклой стороной к плоскости предмета, отрицательного мениска, обращенного выпуклой стороной к плоскости предмета, и положительной двояковыпуклой линзы. Данный объектив предназначен для работы с электронно-оптическими преобразователями и имеет следующие характеристики: фокусное расстояние f'=50 мм, относительное отверстие 1:1, линейное поле в пространстве изображений равное 17 мм. Однако, этот объектив имеет малые величины диаметра входного зрачка и фокусного расстояния, приводящие к невозможности использования его на больших дальностях из-за ухудшения энергетических и точностных характеристик, а также небольшой размер заднего фокального отрезка, не позволяющий разместить сменные светофильтры при работе с современными электронно-оптическими преобразователями, имеющими защитное стекло толщиной 5,6 мм. Кроме того, объектив обладает невысоким качеством изображения в пределах указанного поля при введении в ход лучей сменных светофильтров и защитного стекла электронно-оптического преобразователя.

Задачей заявленного изобретения является создание объектива для приборов ночного видения с повышенными техническими и эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - создание объектива для приборов ночного видения с увеличенными светосилой и фокусным расстоянием, с повышенным качеством изображения в пределах всего углового поля объектива, с увеличенным задним вершинным отрезком, позволяющим размещение сменных светофильтров при работе с электронно-оптическими преобразователями, имеющими защитное стекло толщиной 5,6 мм.

Это достигается тем, что в объективе для приборов ночного видения, состоящем из последовательно расположенных по ходу луча положительной двояковыпуклой линзы, сложной линзы, склеенной из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательной двояковогнутой линзы, отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, в отличие от известного, введены отрицательная двояковогнутая линза и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости предмета, установленные последовательно друг за другом по ходу луча между сложной склеенной линзой и отрицательным мениском, при этом апертурная диафрагма расположена между сложной склеенной линзой и отрицательной двояковогнутой линзой, а плоскопараллельная пластина установлена по ходу луча за положительной двояковыпуклой линзой перед плоскостью изображения, причем линзы объектива выполнены из двух марок стекол.

На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого объектива для приборов ночного видения, на фиг. 2 отражены графики коэффициентов передачи модуляции объектива в меридиональном и сагиттальном сечениях, на фиг. 3, 4 представлены графики аберраций объектива для приборов ночного видения.

Объектив для приборов ночного видения (фиг. 1) состоит по ходу лучей из положительной двояковыпуклой линзы 1, сложной линзы, склеенной из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательной двояковогнутой линзы 3, отрицательной двояковогнутой линзы 4, положительного мениска 5, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, отрицательного мениска 6, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, положительной двояковыпуклой линзы 7 и плоскопараллельной пластины 8. Плоскопараллельная пластина 8, установленная перед плоскостью изображения иммитирует суммарную толщину защитного стекла электронно-оптического преобразователя и сменного светофильтра, выделяющего определенную область спектра, соответствующую различным режимам работы прибора. Апертурная диафрагма с максимальным диаметром 49,3 мм расположена между отрицательной двояковогнутой линзой 3 и отрицательной двояковогнутой линзой 4 на расстоянии 5,5 мм от отрицательной двояковогнутой линзы 3. Диаметр апертурной диафрагмы может изменяться при необходимости уменьшения освещенности изображения предметов, наблюдаемых на местности.

Объектив для приборов ночного видения работает следующим образом. Световой поток, исходящий из плоскости предметов, находящейся в бесконечности, проходит через объектив для приборов ночного видения в определенной последовательности. Сначала световой поток проходит через положительную двояковыпуклую линзу 1, положительную двояковыпуклую линзу 2, отрицательную двояковогнутую линзу 3, отрицательную двояковогнутую линзу 4, через положительный мениск 5, отрицательный мениск 6 и положительную двояковыпуклую линзу 7, затем световой поток проходит через оптические элементы, расположенные за линзой 7 объектива, формирующего в фокальной плоскости изображение предмета.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан объектив для приборов ночного видения, работающий в спектральном диапазоне от 520 нм до 925 нм, рассчитанный с учетом плоскопараллельной пластины и с конструктивными данными, представленными в табл. 1.

Рассчитанный объектив для приборов ночного видения имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние объектива f' 100,2 мм Относительное отверстие 1:1,25 Диаметр входного зрачка 80 мм Угловое поле в пространстве предметов 2β=8,5 град. Линейное поле в пространстве изображений 15 мм Задний фокальный отрезок S'_F 22,8 мм

Объектив для приборов ночного видения имеет высокие значения полихроматических коэффициентов передачи модуляции для пространственной частоты 15 лин/мм в пределах всего поля изображения с учетом спектрального распределения актиничных потоков ночного канала, работающего с электронно-оптическим преобразователем, имеющим перед катодом пластину суммарной толщиной 7,8 мм, учитывающей толщину 5,6 мм защитного стекла электронно-оптического преобразователя и светофильтра, в данном конкретном случае 2,2 мм. Значения коэффициентов передачи модуляции для интервала от 5 до 30 лин/мм приведены в таблице 2.

В предлагаемом объективе для приборов ночного видения линзы выполнены из двух марок стекол, которые могут быть обычными или малотемнеющими под воздействием ионизирующего излучения. Кроме того, комбинация двояковыпуклой линзы 1, положительной двояковыпуклой линзы 2, отрицательной двояковогнутой линзы 3 и отрицательной двояковогнутой линзы 4 обеспечивает коррекцию сферической аберрации. Положительный мениск 5 и отрицательный мениск 6 обеспечивают устранение остаточной кривизны поля изображения, а двояковыпуклая линза 7 является силовым компонентом для обеспечения заданной величины фокусного расстояния.

Таким образом, обеспечено получение технического результата: создан объектив для приборов ночного видения с увеличенными светосилой и фокусным расстоянием, с повышенным качеством изображения в пределах всего углового поля изображения объектива, и с возможностью размещения сменных светофильтров при работе с электронно-оптическими преобразователями, имеющими защитное стекло толщиной 5,6 мм.

Объектив может использоваться совместно с электронно-оптическими преобразователями в приборах ночного видения, работающих при пониженной освещенности в активном и в пассивном режимах. Объектив состоит из двояковыпуклой линзы, сложной линзы, склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, и двояковыпуклой линзы. Введены двояковогнутая линза и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости предмета, установленные последовательно друг за другом между сложной склеенной линзой и отрицательным мениском. Апертурная диафрагма расположена между сложной склеенной линзой и двояковогнутой линзой. Плоскопараллельная пластина установлена за двояковыпуклой линзой перед плоскостью изображения. Линзы объектива выполнены из двух марок стекол. Технический результат - увеличение светосилы и фокусного расстояния, повышение качества изображения в пределах всего углового поля объектива, увеличение заднего вершинного отрезка. 2 табл., 4 ил.

Объектив для приборов ночного видения, состоящий из последовательно расположенных по ходу луча положительной двояковыпуклой линзы, сложной линзы, склеенной из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательной двояковогнутой линзы, отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к плоскости изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, отличающийся тем, что введены отрицательная двояковогнутая линза и положительный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к плоскости предмета, установленные последовательно друг за другом по ходу луча между сложной склеенной линзой и отрицательным мениском, при этом апертурная диафрагма расположена между сложной склеенной линзой и отрицательной двояковогнутой линзой, а плоскопараллельная пластина установлена по ходу луча за положительной двояковыпуклой линзой перед плоскостью изображения, причем линзы объектива выполнены из двух марок стекол.