CN106291910B - 适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统 - Google Patents

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Abstract

本发明涉及一种适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统，属于光学技术领域。该轻型化目镜系统从人眼到显示器件，沿光轴方向共轴依次排列光阑、第一透镜、第二透镜及显示器件像面，其中第一透镜及第二透镜均为玻璃透镜，第一透镜第一面为非球面，第二透镜的第一面为非球面；显示器件像面为R＝40mm的弯曲像面。轻型化目镜系统的目镜满足焦距范围24mm～28mm，出瞳距离范围20mm～30mm,出瞳直径小于或等于φ12mm。本发明目镜的出瞳直径大于一般的目镜，出瞳距离长，视场角大，采用两片非球面玻璃透镜，结构简单紧凑，具有很好的人机工效。

Description

适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统
技术领域
本发明涉及一种适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统，属于光学技术领域。
背景技术
微光夜视镜是一种带有像增强器的特殊望远镜，由物镜、像增强器及目镜组成,它是黑夜条件下眼睛的助视器。其工作原理：微弱的夜天光由目标表面反射进入微光夜视镜，在物镜作用下聚焦于像增强器的光阴极面，激发光电子；光电子在像增强器作用下加速、聚焦、成像，以极高速度轰击像增强器的荧光屏，激发出足够强的可见光，经过目镜进一步放大，实现更有效的目视观察。
直视微光夜视镜都是通过目镜观察，因此其出射光束还受观察者眼睛瞳孔的限制。目镜不同于其他光学系统的特点是瞳孔远离镜头本身，目镜接收来自于荧光屏的出射光线，出瞳大小和距离由人眼瞳孔的大小和位置决定。与普通望远镜的目镜不同，普通望远镜的目镜出瞳距离只需要15mm左右，出瞳直径约3mm左右。微光夜视镜为了某些军事用途(如佩戴防毒面具等)，希望出瞳距离最小20mm以上，人眼在黑暗条件下瞳孔直径会打的7mm，因此微光夜视镜的出瞳直径必须大于7mm，与暗适应的眼瞳直径相适应。如果微光夜视镜用于运动车辆中，为避免眼睛动到光轴外丢失目标，会需要更大的出瞳直径。普通望远镜的物镜和目镜可以配合消除像差，但微光夜视镜不同，由于中间是通过像增强器传递图像，目镜只能单独消除像差，而且像增强器的荧光屏一般都有φ18mm，较普通望远镜大，所以微光夜视镜的结构形式会比普通望远镜复杂。
很多微光夜视镜是手持或是头戴产品，为了便于操作使用对产品的体积及重量有严格要求，为了好的人机功效，观察舒适又要求目镜具有大视场、大出瞳直径以及长出瞳距离。所以微光夜视镜的光学系统要达到既有较好的成像质量，又要体积小、重量轻并不容易。
目前微光夜视镜使用的目镜系统大部分为三组四片形式或更复杂的形式，如2001年12月《西安工业学院学报》中《头盔式双目微光夜视仪研制》一文中提到的微光夜视仪目镜系统采用五片分离式大出瞳直径目镜，系统有40°的圆视场，15mm的出瞳距离，14mm的出瞳直径。
2004年7月《光电子·激光》中《用于头盔微光夜视仪的折/衍混合光学系统系统》一文中提到的微光夜视仪目镜系统采用3组4片式目镜系统，该系统具有40°的圆视场，25mm的出瞳距离，10mm的出瞳直径。中国航空工业集团公司洛阳光电设备研究所杨胜杰申请的《一种轻小型微光夜视目镜光学系统》发明专利(申请号：201210538935.6)。
该发明涉及一种轻小型微光夜视目镜光学系统，包括3组4片共轴光学透镜，光阑和像面，系统中共使用三面非球面。该系统有40°的圆视场，25mm的出瞳距离，12mm的出瞳直径，镜筒长小于25mm，总长小于35mm。
发明内容
针对上述要求，本发明提出一种轻型化的目镜系统，其用于微光夜视镜中，将微光夜视镜的像增强器显示图像放大，在光阑处成像供人眼观察。本发明的技术方案如下：
本发明适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统技术方案，其特征在于：轻型化目镜系统从人眼到显示器件，沿光轴方向共轴依次排列光阑(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)及显示器件像面(4)，其中第一透镜(1)及第二透镜(2)均为玻璃透镜，第一透镜(2)第一面为非球面，第二透镜(3)的第一面为非球面；显示器件像面(4)为R＝40mm的弯曲像面。
轻型化目镜系统的目镜满足焦距范围24mm～28mm，出瞳距离范围20mm～30mm,出瞳直径小于或等于φ12mm。
本发明工作机理：根据微光夜视镜目镜的基本要求，本发明不同于以往目镜系统采用的三组四片形式，而是采用两片玻璃透镜作为初始结构，通过合理安排非球面位置和面型，优化半径及厚度消除像差，结合像增强器的荧光屏输出光谱特性，选择适当的材料配比。通过像质评价，可以满足微光夜视镜对目镜的要求，得到的目镜结构简单紧凑，相比较与三组四片式，在相同的光学要求下。
本发明目镜的出瞳直径大于一般的目镜，出瞳距离长，视场角大，采用两片非球面玻璃透镜，结构简单紧凑，具有很好的人机工效。
本发明的目镜重量最轻，经过实物样机验证，本发明的目镜与三组四片式比较整机鉴别力没有降低且视觉效果良好。
附图说明
图1示根据本发明的结构示意图；
图2示根据本发明实施例1的光学系统图；
图3示根据本发明实施例1的光学系统的传函曲线；
图4示根据本发明实施例2的光学系统图；
图5示根据本发明实施例2的光学系统的传函曲线；
图6示根据本发明实施例3的光学系统图；
图7示根据本发明实施例3的光学系统的传函曲线；
图中，1为光阑，2为第一透镜，3为第二透镜，4为显示器像面。
具体实施方案
图2示出了根据本发明第一实施例的目镜，如图2所示，从人眼到显示器(从左到右)，依次为光阑1、第一透镜2、第二透镜3以及显示器的像面4。所述第一实施例的目镜涉及数据如表1所示。
本发明的目镜从人眼到显示器件，沿光轴方向共轴依次排列光阑、第一透镜、第二透镜及显示器件像面。第一透镜及第二透镜均为正透镜，第一透镜第一面为非球面，第二透镜的第一面为非球面。所述像面为曲率半径为R＝40mm的凹面。
本发明涉及的目镜系统可以经过局部优化适应于焦距范围24mm～28mm，出瞳距离范围20mm～30mm,出瞳直径小于或等于φ12mm。
表1
图4示出了根据本发明第二实施例的目镜，如图4所示，从人眼到显示器(从左到右)，依次为光阑(序号1)、第一透镜(序号2)、第二透镜(序号3)以及显示器的像面(序号4)。所述第一实施例的目镜涉及数据如表2所示。
表2
图6示出了根据本发明第二实施例的目镜，如图6所示，从人眼到显示器(从左到右)，依次为光阑(序号1)、第一透镜(序号2)、第二透镜(序号3)以及显示器的像面(序号4)。所述第一实施例的目镜涉及数据如表3所示。
表3
从上述本发明各实施例的各项数据及像质图中可以看到，本发明适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统，通过采用非球面，以及各透镜曲率半径、材料和间隔的约束优化，使系统在焦距范围24mm～28mm，出瞳距离范围20mm～30mm,出瞳直径小于或等于φ12mm以内均可得到较好的像质，与以前的产品相比有效的减轻了重量，缩短了长度。通过与不同的微光夜视仪物镜匹配，可以适用于多种微光系统，如头盔微光夜视仪、手持微光夜视仪等。
本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.适用于微光夜视镜的轻型化目镜系统，其特征在于：轻型化目镜系统从人眼到显示器件，沿光轴方向共轴依次排列光阑（1）、第一透镜（2）、第二透镜（3）及显示器件像面（4），其中第一透镜（1）及第二透镜（2）均为玻璃透镜，第一透镜（2）第一面为非球面，第二透镜（3）的第一面为非球面；显示器件像面（4）为R=40mm的弯曲像面；
所述目镜涉及数据如下表所示；
。
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Assignee: Yunnan Beifang Photoelectric Instrument Co., Ltd.

Assignor: Kunming Inst. of Physics

Contract record no.: X2019530000005

Denomination of invention: Light eyepiece system suitable for airborne night vision goggle

Granted publication date: 20190920

License type: Exclusive License

Record date: 20191129

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