Объектив для приборов ночного видения
Владельцы патента RU 2368923:
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 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.
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 λн=546 нм, λв=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 λн=546 нм, 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 | 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 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.
