Объектив для приборов ночного видения
Владельцы патента RU 2252440:
Ходосевич Владимир Владимирович (BY)
Ходосевич Владимир Михайлович (BY)
Козловский Сергей Максимович (BY)
Ходосевич Сергей Владимирович (RU)
Объектив содержит шесть оптических компонентов, первый из которых со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной положительной 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. Обеспечивается уменьшение аберраций, в том числе по краю поля зрения, а также получение высоких значений полихроматических частотно-контрастных характеристик с учетом спектральной эффективности фотокатода в области повышенных пространственных частот. 3 ил., 4 табл.
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при разработке имодернизации приборов ночного видения.
Известен шестилинзовый объектив дли 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 10 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 являются недостаточно исправленные уровни аберраций, недостаточный уровень частотно-контрастных характеристик.
Известен восьмилинзовый объектив, содержащий шесть оптических компонентов, первый из которых выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы, выпуклой поверхностью обращенный к пространству предметов, второй компонент выполнен в виде одиночной положительной выпукло-вогнутой линзы, выпуклой поверхностью обращенный к первому компоненту, третий компонент выполнен в виде склейки, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, выпуклой поверхностью обращенной ко второму компоненту, четвертый компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, вогнутой поверхностью обращенного к третьему компоненту, пятый компонент выполнен в виде склейки, состоящей из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, выпуклой поверхностью обращенной к четвертому компоненту, шестой компонент - в виде одиночной двояковыпуклой линзы /2/.
Диаметр входного зрачка объектива 104 мм, относительное отверстие 1:1,65.
На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема объектива, где цифрами обозначены номера компонентов объектива.
В таблице I приведены значения радиусов линз, толщин линз, воздушных промежутков, марок стекол указанного объектива.
Таблица I | |||
№№ п.п. | Радиусы кривизны, мм | Осевые растояния, мм | Марки стекол |
0 | - | - | воздух |
1 | 159,706 | 17,000 | ТК121 |
2 | 682,325 | 3,000 | воздух |
3 | 274,223 | 13,000 | ТК121 |
4 | 471,807 | 3,000 | воздух |
5 | 132,465 | 22,000 | ТК121 |
6 | -498,846 | 6,000 | ТФ107 |
7 | 116,122 | 22,100 | воздух |
8 | -108,652 | 7,000 | ТФ110 |
9 | -216,280 | 9,000 | воздух |
10 | 103,030 | 18,000 | ТК121 |
11 | -103,030 | 8,000 | ОФ101 |
12 | 59,018 | 7,330 | воздух |
13 | 132,465 | 11,830 | ТК121 |
14 | -191340 | 85,208 | воздух |
15 | 0,0 | 7,9 | К8 |
16 | 00 | воздух |
Объектив формирует изображение предмета с обеспечением полихроматической контрастности с учетом спектральной эффективности мультищелочного фотокатода в соответствии с данными таблицы II, в которой приведены значения частотно-контрастных характеристик для ряда пространственных частот в плоскости наилучшей установки с учетом спектральной эффективности мультищелочного фотокатода. График спектральной эффективности мультищелочного фотокатода изображен на фиг.2.
Таблица II | |||||||||
Система-Объектив o/j=1,66/172 2w=6° | |||||||||
Частотно-контрастная характеристика | |||||||||
Простран. частота, лин/мм | Точка на оси | Y=-3,000 | Y=-2,3555 | Y=-2,0719 | Y=-1,3004 | ||||
мер. | саг. | мер. | саг. | мер. | саг. | мер. | саг. | ||
Полихроматические (непрерывный спектр λн=546нм, λв=900нм) | |||||||||
0.00 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
10.00 | 0,95 | 0,47 | 0,86 | 0,53 | 0,90 | 0,65 | 0,92 | 0,81 | 0,94 |
20.00 | 0,82 | 035 | 0,58 | 0,39 | 0,67 | 0,45 | 0,75 | 0,57 | 0,80 |
30.00 | 0,71 | 0,27 | 0,35 | 0,32 | 0,47 | 0,38 | 0,59 | 0,47 | 0,67 |
40.00 | 0,63 | 0,23 | 0,20 | 0,27 | 0,32 | 0,33 | 0,46 | 0,41 | 0,58 |
50.00 | 0,58 | 0,20 | 0,12 | 0,24 | 0,21 | 0,29 | 0,36 | 0,37 | 0,51 |
60.00 | 0,53 | 0,17 | 0,10 | 0,21 | 0,14 | 0,25 | 0,27 | 0,34 | 0,44 |
70.00 | 0,49 | 0,15 | 0,10 | 0,18 | 0,11 | 0,23 | 0,20 | 0,31 | 0,37 |
80.00 | 0,45 | 0,13 | 0,10 | 0,16 | 0,11 | 0,21 | 0,16 | 0,29 | 0,32 |
90.00 | 0,42 | 0,12 | 0,08 | 0,15 | 0,10 | 0,19 | 0,14 | 0,26 | 0,28 |
100.00 | 0,38 | 0,10 | 0,07 | 0,13 | 0,09 | 0,18 | 0,13 | 0,25 | 0,24 |
o/j - относительное отверстие/фокусное расстояние, w - половина угла поля зрения объектива, Y - угловая координата. |
Недостатком объектива является недостаточно исправленные уровни аббераций, недостаточно высокий уровень частотно-контрастных характеристик, преимущественно по краю поля зрения. При наличии в настоящее время электронно-оптических преобразователей с прямым переносом изображения и равномерной разрешающей способностью по всему полю зрения это является существенным недостатком.
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 мультищелочного 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.
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 из двух линз, первая из которых - положительная выпукло-вогнутая линза, вторая - отрицательная выпукло-вогнутая линза, 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 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 первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из двух линз, первая из которых - положительная выпукло-вогнутая линза, вторая - отрицательная выпукло-вогнутая линза, выпуклой поверхностью положительной линзы склейки 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, двояковыпуклой линзой обращенной к третьему компоненту, пятый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, шестой компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска, вогнутой поверхностью обращенного к пятому компоненту. Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.3 представлена принципиальная оптическая схема предлагаемого объектива. Объектив имеет диаметр входного зрачка 102 мм, относительное отверстие 1:1,65 и фокусное расстояние 167,81 мм. В таблице III приведены значения радиусов линз, толщин линз, воздушных промежутков и марки стекол заявляемого объектива.
Таблица III | |||
№№ п.п. | Радиусы кривизны, мм | Осевые расстояния, мм | Марки стекол |
0 | - | - | воздух |
1 | 276,100 | 14,400 | ТК21 |
2 | -318,724 | 8,600 | воздух |
3 | 86,500 | 15,500 | ТК21 |
4 | 2713,552 | 5,000 | ТФ5 |
5 | 107,400 | 17,000 | воздух |
6 | -153,460 | 6,000 | ТФ5 |
7 | -1025,709 | 27,850 | воздух |
8 | 261,200 | 17,000 | БК10 |
9 | -56,490 | 6,900 | ОФ6 |
10 | 56,490 | 2,670 | воздух |
11 | 59,980 | 18,000 | ТК21 |
12 | -125,030 | 56,240 | воздух |
13 | -39,720 | 4,000 | КЖ |
14 | -88,720 | 14,793 | воздух |
15 | 0,000 | 3,200 | К8 |
16 | 0,000 | - | воздух |
В таблице IV приведены значения полихроматических частотно-контрастных характеристик предлагаемого объектива.
Таблица IV | |||||||||
Система-Объектив о/j=1,65/168 2w=6°14’ | |||||||||
Частотно-контрастная характеристика | |||||||||
Простран. частота, лин/мм | Точка на оси | Y=-3,07 | Y=-2,4159 | Y=-2,1216 | Y=-1,3334 | ||||
мер. | саг. | мер. | саг. | мер. | саг. | мер. | саг. | ||
Полихроматические (непрерывный спектр λн=546нм, λв=900 нм) | |||||||||
0,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
10,00 | 0,99 | 0,96 | 0,96 | 0,97 | 0,97 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 |
20,00 | 0,94 | 0,86 | 0,85 | 0,89 | 0,89 | 0,91 | 0,91 | 0,93 | 0,93 |
30,00 | 0,88 | 0,73 | 0,74 | 0,78 | 0,79 | 0,83 | 0,83 | 0,86 | 0,87 |
40,00 | 0,81 | 0,61 | 0,64 | 0,67 | 0,69 | 0,74 | 0,75 | 0,79 | 0,79 |
50,00 | 0,74 | 0,51 | 0,57 | 0,57 | 0,62 | 0,65 | 0,68 | 0,71 | 0,72 |
60,00 | 0,68 | 0,42 | 0,52 | 0,49 | 0,56 | 0,58 | 0,62 | 0,64 | 0,66 |
70,00 | 0,61 | 0,34 | 0,48 | 0,41 | 0,51 | 0,51 | 0,57 | 0,58 | 0,60 |
80,00 | 0,55 | 0,28 | 0,44 | 0,35 | 0,48 | 0,46 | 0,53 | 0,53 | 0,56 |
90,00 | 0,50 | 0,23 | 0,40 | 0,30 | 0,44 | 0,41 | 0,49 | 0,48 | 0,51 |
100 | 0,45 | 0,19 | 0,37 | 0,26 | 0,41 | 0,37 | 0,46 | 0,44 | 0,48 |
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 мультищелочного 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 - предлагаемого объектива, рассчитанных в одном спектральном диапазоне длин волн 546,1...900 нм и с учетом одних и тех же значений спектральной эффективности мультищелочного фотокатода, предлагаемый объектив обеспечивает значительно более высокую контрастность формирования изображения объектов наблюдения как для точки на оси, так и для углового поля зрения. Это обеспечит значительный прирост дальности видения наблюдательных приборов ночного видения. В таблицах I и III в строке 15 в колонке “осевые расстояния” указаны толщины фотокатодных стекол усилителей яркости изображения вместе с толщинами компенсационных пластин (выбраны конструктивно), совместно с которыми объективы работают. Применение предлагаемого объектива обеспечит высокую дальность видения и, соответственно, конкурентоспособность приборов ночного видения.
Использованные источники информации;
1. Объектив “Гелиос-ПА”. Технические условия БЛЗ.877.044 ТУ, 1973 г.
2. Евразийский патент №000569, Евразийская заявка №199800359 от 21.04.98 г. (прототип).
Объектив для приборов ночного видения, содержащий шесть оптических компонентов, отличающийся тем, что, в целях повышения контрастности изображения, первый компонент со стороны пространства предметов выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы, второй компонент выполнен в виде склейки из двух линз, первая из которых - положительная выпукло-вогнутая линза, вторая - отрицательная выпукло-вогнутая линза, выпуклой поверхностью положительной линзы склейки 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 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.