CN212302073U - 一种轻量级微光夜视仪光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻量级微光夜视仪光学系统，所述轻量级微光夜视仪光学系统包括物镜机构、图像增强器和目镜机构，所述物镜机构包括第一凹凸透镜、第二凹凸透镜、双胶合透镜、后胶合透镜和第三凹凸透镜，所述目镜机构包括平凸透镜、第四凹凸透镜、前双胶合透镜和后双胶合透镜，采用轻量化结构，降低质量，畸变率低，成像清晰，结构小巧，便于大范围使用。

Description

一种轻量级微光夜视仪光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种轻量级微光夜视仪光学系统。

背景技术

夜视仪是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。夜视技术包括微光夜视和红外夜视两种。微光夜视技术又称为图像增强技术，是一种像增强器的夜视镜。对夜天光照亮的微弱目标像进行增强，以供观察的光电技术。微光夜视仪是目前国内外生产量和装备量最大和用途最为广泛的夜视器材，可分为直接观察和间接观察两种。微光夜视仪的主要应用场景在于军事要求、海关检测以及户外爱好等方面。目前存在三种较为先进的夜视仪：一种是定目距的微光双筒目镜，其在目镜端共用一个目镜端像面，利用平行四边形棱镜分光至双眼，使得目镜系统的透镜数量可减半，但仅仅是利用平行四边形棱镜对其进行分光作用。另外一种是夜视光学系统，其所述目镜系统包括正光焦度胶合透镜、正光焦度塑料非球面单透镜等，由于其采用了非球面透镜，造成夜视光学系统成本较高，调试困难，应用于民用难度较大；还有一种是军用强光微光夜视仪，主要是在物镜上安装有滤强光镜，主要用于保护荧光屏和光电阴极。造成整个系统成本增加，且结构偏大不利于安装使用，综合这三种夜视仪，存在光学性能差，结构复杂，成本高，致使应用范围小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轻量级微光夜视仪光学系统，能大范围使用。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种轻量级微光夜视仪光学系统，所述轻量级微光夜视仪光学系统包括物镜机构、图像增强器和目镜机构，所述图像增强器与所述物镜机构可拆卸连接，并位于所述物镜机构一侧，所述目镜机构与所述图像增强器可拆卸连接，并位于远离所述物镜机构一侧；

所述物镜机构包括第一壳体、第一凹凸透镜、第二凹凸透镜、双胶合透镜、后胶合透镜和第三凹凸透镜，所述第一凹凸透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于所述第一壳体中，所述第二凹凸透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于所述第一凹凸透镜一侧，所述双胶合透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于远离是第一凹凸透镜一侧，所述后胶合透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于远离所述第二凹凸透镜一侧，所述第三凹凸透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于远离所述双胶合透镜一侧；

所述目镜机构包括第二壳体、平凸透镜、第四凹凸透镜、前双胶合透镜和后双胶合透镜，所述平凸透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于所述第三凹凸透镜一侧，所述第四凹凸透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于远离所述第三凹凸透镜一侧，所述前双胶合透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于远离所述平凸透镜一侧，所述后双胶合透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于远离所述第四凹凸透镜一侧。

其中，所述物镜机构的长度为78.7mm±0.5mm，焦距为65mm，相对孔径为1/1.38，视场为10°，波长为560mm、720mm和867mm，畸变小于2％。

其中，所述图像增强器的直径为18mm，放大率为1，光学长度为10mm。

其中，所述目镜机构的长度为34mm，焦距为14.5mm。

本实用新型的一种轻量级微光夜视仪光学系统，所述轻量级微光夜视仪光学系统包括物镜机构、图像增强器和目镜机构，所述物镜机构包括第一凹凸透镜、第二凹凸透镜、双胶合透镜、后胶合透镜和第三凹凸透镜，所述目镜机构包括平凸透镜、第四凹凸透镜、前双胶合透镜和后双胶合透镜，采用轻量化结构，降低质量，畸变率低，成像清晰，结构小巧，便于大范围使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种轻量级微光夜视仪光学系统的结构示意图。

图2是本实用新型提供的物镜机构的结构示意图。

图3是本实用新型提供的目镜机构的结构示意图。

1-物镜机构、2-图像增强器、3-目镜机构、11-第一凹凸透镜、12-第二凹凸透镜、13-双胶合透镜、14-后胶合透镜、15-第三凹凸透镜、16-第一壳体、31-平凸透镜、32-第四凹凸透镜、33-前双胶合透镜、34-后双胶合透镜、35-第二壳体。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本实用新型提供一种轻量级微光夜视仪光学系统，所述轻量级微光夜视仪光学系统包括物镜机构1、图像增强器2和目镜机构3，所述图像增强器2与所述物镜机构1可拆卸连接，并位于所述物镜机构1一侧，所述目镜机构3与所述图像增强器2可拆卸连接，并位于远离所述物镜机构1一侧；

所述物镜机构1包括第一壳体16、第一凹凸透镜11、第二凹凸透镜12、双胶合透镜13、后胶合透镜14和第三凹凸透镜15，所述第一凹凸透镜11与所述第一壳体16可拆卸连接，并位于所述第一壳体16中，所述第二凹凸透镜12与所述第一壳体16可拆卸连接，并位于所述第一凹凸透镜11一侧，所述双胶合透镜13与所述第一壳体16可拆卸连接，并位于远离是第一凹凸透镜11一侧，所述后胶合透镜14与所述第一壳体16可拆卸连接，并位于远离所述第二凹凸透镜12一侧，所述第三凹凸透镜15与所述第一壳体16可拆卸连接，并位于远离所述双胶合透镜13一侧；

所述目镜机构3包括第二壳体35、平凸透镜31、第四凹凸透镜32、前双胶合透镜33和后双胶合透镜34，所述平凸透镜31与所述第二壳体35可拆卸连接，并位于所述第三凹凸透镜15一侧，所述第四凹凸透镜32与所述第二壳体35可拆卸连接，并位于远离所述第三凹凸透镜15一侧，所述前双胶合透镜33与所述第二壳体35可拆卸连接，并位于远离所述平凸透镜31一侧，所述后双胶合透镜34与所述第二壳体35可拆卸连接，并位于远离所述第四凹凸透镜32一侧。

在本实施方式中，根据目标设计的微光夜视光学系统其结构特征包括从左到右为物镜机构1、图像增强器2和目镜机构3组成。由于微光夜视光学系统中使用了图像增强器2，因此将物镜机构1和目镜机构3拆分开设计，物镜机构1的主要作用是将物体成像，而目镜机构3的作用是相当于观察镜，将物镜机构1所成的像经过图像增强器2放大后成像在人眼的远点位置，以便于人眼更加舒适的进行观察。物镜机构1成像在图像增强器2上，经过光电转换，电子增强再经目镜放大，因此不存在普通望远系统中入瞳和出瞳的共轭关系，因此物镜机构1和目镜机构3都需要单独校正像差。

所述物镜机构1包括第一凹凸透镜11、第二凹凸透镜12、双胶合透镜13、后胶合透镜14和第三凹凸透镜15，如图2所提供的物镜机构1的结构示意图所示，采用双胶合透镜13进行像差的校正，避免了使用非球面透镜产生的高成本问题，光学参数表如表1所示。

表1物镜机构的光学参数表

序号	曲率半径R	镜片中心厚度	折射率Nd	阿贝数Vd	半高宽
						1	101.123	7.11	1.746	51.008	23.5
2	-434.25	0.2			23.5
						3	43.838	6	1.671	47.281	23.5
4	72.007	0.1			23.5
						5	26.036	12.74	1.622	56.951	19.5
6	-84.186	2.28	1.728	28.319	19.5
						7	15.55	10			11
8	-34.2	0.82	1.622	56.951	8.5
						9	24.626	6.77	1.672	32.178	8.5
10	-33.82	18			8.5
						11	15.527	6.29	1.744	44.904	8.5
12	15.747	8.679			4

为保证图像增强器2光阴极面得到更多的光能，物镜机构1的透镜应在可见光到近红外波段镀增透膜，与图像增强器2的光谱响应相匹配，以增大光学系统的透过率，降低对入射光的吸收。

目镜机构3的作用是将图像增强器2荧光屏上的物镜机构1所成的目标图像进一步放大，以适应人眼较长时间观察。微光夜视仪工作在低照度条件下工作，所以要求目镜机构3的出瞳直径和人眼通孔直径相匹配，大于一般可见光目视系统的出瞳直径。同时由于图像增强器2的荧光屏出射光谱主要波段为550nm左右为主，因此可将目镜机构3看做准单色光成像系统，可以不考虑效率目镜的色差。目镜机构3由平凸透镜31、凹凸透镜、前双胶合透镜33、后双胶合透镜34组成，如图3所提供的目镜机构3的结构示意图所示，目镜机构3的光学参数如表2所示。

表2目镜机构的光学参数表

序号	曲率半径R	透镜中心厚度	折射率Nd	阿贝数Vd	半高宽
						1	Inf	4.67	1.638	55.471	9
2	-26.931	1			9
						3	-31.7	5.52	1.638	55.471	6.2
4	-13.01	1			9
						5	-54.358	1.38	1.744	44.904	9
6	13.272	6.26	1.57	41.506	9
						7	-19	1			9
8	19.953	1.443	1.755	27.548	9
						9	11.315	6.58	1.696	55.534	9
10	46.13	5.9			9

目镜的工作距离是目镜的前表面顶点到像增强器荧光屏的距离。为了满足近视眼或远视眼的使用需要，目镜应当具有一定的适度调节能力。工作距离的大小应保证目镜视度调节时的轴向移动距离。当目镜视度调节范围为SD时，其所对应的目镜轴向移动量sd为：

采用多片式光学结构设计，能有效的降低整个光学系统的畸变率，最好的保证图像质量，采用轻量化结构设计思路，在光学设计中避免采用高密度玻璃材料，在装配结构中避免采用金属进行支撑，由此降低了整个夜视仪的质量，从而达到轻量化的目的，结构小巧，扩大应用范围，更可用于夜间作战使用。

进一步的，所述物镜机构1的长度为78.7mm±0.5mm，焦距为65mm，相对孔径为1/1.38，视场为10°，波长为560mm、720mm和867mm，畸变小于2％。

在本实施方式中，根据像面照度公式，物镜机构1的像面中心照度正比于物镜机构1相对孔径的平方，为了获取足够的像面照度，物镜机构1应获得尽可能大的相对孔径。物镜机构1的相对孔径越大，聚光能力则越强。其照度公式满足下列表达式：

其中，L为光源光亮度；θ₁和θ₂分别为发光面dA_s和受照面dA的法线与距离r方向的夹角。

物镜组设计总长78.7mm左右，焦距f₀′＝65mm；相对孔径D/f₀′＝1/1.38；视场2W＝10°；设计波长560nm、720nm、867nm；畸变小于2％，采用大相对孔径物镜机构1设计，配合所述图像增强器2，成像清晰，并且结构紧凑、便于使用。

进一步的，所述图像增强器2的直径为18mm，放大率为1，光学长度为10mm。

在本实施方式中，有效口径18mm的图像增强器2与物镜机构1配合使用，成像清晰，结构紧凑、小巧，便于大范围使用。

进一步的，所述目镜机构3的长度为34mm，焦距为14.5mm。

在本实施方式中，目镜机构3的视场由图像增强器2荧光屏有效直径D′_c和目镜机构3的焦距共同决定，目镜视场满足以下表达式：

本实用新型的一种轻量级微光夜视仪光学系统，所述轻量级微光夜视仪光学系统包括物镜机构1、图像增强器2和目镜机构3，所述物镜机构1包括第一凹凸透镜11、第二凹凸透镜12、双胶合透镜13、后胶合透镜14和第三凹凸透镜15，所述目镜机构3包括平凸透镜31、第四凹凸透镜32、前双胶合透镜33和后双胶合透镜34，采用轻量化结构，降低质量，畸变率低，成像清晰，结构小巧，便于大范围使用。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种轻量级微光夜视仪光学系统，其特征在于，

所述轻量级微光夜视仪光学系统包括物镜机构、图像增强器和目镜机构，所述图像增强器与所述物镜机构可拆卸连接，并位于所述物镜机构一侧，所述目镜机构与所述图像增强器可拆卸连接，并位于远离所述物镜机构一侧；

所述物镜机构包括第一壳体、第一凹凸透镜、第二凹凸透镜、双胶合透镜、后胶合透镜和第三凹凸透镜，所述第一凹凸透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于所述第一壳体中，所述第二凹凸透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于所述第一凹凸透镜一侧，所述双胶合透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于远离是第一凹凸透镜一侧，所述后胶合透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于远离所述第二凹凸透镜一侧，所述第三凹凸透镜与所述第一壳体可拆卸连接，并位于远离所述双胶合透镜一侧；

所述目镜机构包括第二壳体、平凸透镜、第四凹凸透镜、前双胶合透镜和后双胶合透镜，所述平凸透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于所述第三凹凸透镜一侧，所述第四凹凸透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于远离所述第三凹凸透镜一侧，所述前双胶合透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于远离所述平凸透镜一侧，所述后双胶合透镜与所述第二壳体可拆卸连接，并位于远离所述第四凹凸透镜一侧。

2.如权利要求1所述的轻量级微光夜视仪光学系统，其特征在于，

所述物镜机构的长度为78.7mm±0.5mm，焦距为65mm，相对孔径为1/1.38，视场为10°，波长为560mm、720mm和867mm，畸变小于2％。

3.如权利要求1所述的轻量级微光夜视仪光学系统，其特征在于，

所述图像增强器的直径为18mm，放大率为1，光学长度为10mm。

4.如权利要求1所述的轻量级微光夜视仪光学系统，其特征在于，

所述目镜机构的长度为34mm，焦距为14.5mm。

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