RU2360269C1 - Objective for night vision device - Google Patents

Objective for night vision device Download PDF

Info

Publication number
RU2360269C1
RU2360269C1 RU2007138243/28A RU2007138243A RU2360269C1 RU 2360269 C1 RU2360269 C1 RU 2360269C1 RU 2007138243/28 A RU2007138243/28 A RU 2007138243/28A RU 2007138243 A RU2007138243 A RU 2007138243A RU 2360269 C1 RU2360269 C1 RU 2360269C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
convex
objective
faces
night vision
Prior art date
Application number
RU2007138243/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007138243A (en
Inventor
Игорь Петрович Шишкин (BY)
Игорь Петрович Шишкин
Original Assignee
Иностранное частное производственное унитарное предприятие "Белтекс Оптик" компании "Сайбир Оптикс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иностранное частное производственное унитарное предприятие "Белтекс Оптик" компании "Сайбир Оптикс" filed Critical Иностранное частное производственное унитарное предприятие "Белтекс Оптик" компании "Сайбир Оптикс"
Publication of RU2007138243A publication Critical patent/RU2007138243A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2360269C1 publication Critical patent/RU2360269C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: proposed objective can be used with electro-optical transducers, particularly zero generation electro optical transducers, with a spherical cathode. The objective contains, in the beam path, a first element in form of a single plane-convex lens, the convex side of which faces the object, and a second element, made in form of double convex and double concave lenses stuck together, the convex side of which faces the object, and a third element in form of a single positive meniscus, the convex surface of which faces the object and a fourth element in form of a symmetrical double concave lens.
EFFECT: improved quality of image in the region of high space frequencies, with compatibility with zero generation electro optical transducers with a spherical cathode.
6 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах ночного видения с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП), в частности с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы. Рынок приборов ночного видения в последние десятилетия получил стремительное развитие, причем спрос повысился как на приборы ночного видения военного назначения, работающие с ЭОП второго и третьего поколений, так и на гражданские приборы, к которым относятся не только любительские приборы нулевого и первого поколений, но и военные системы, адаптированные для нужд служб спасения, для обеспечения сотрудников правоохранительной системы и охраны, также относящиеся к приборам нулевого поколения. Значительным по количеству выпускаемых изделий является рынок приборов ночного видения, работающих совместно с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы. Возможность применения ЭОП нулевого поколения, имеющих катод сферической формы, была весьма ограничена из-за расфокусировки в точках, удаленных от центра катода. Эта задача была в принципе решена за счет применения объективов, имеющих кривизну изображения, совпадающую с кривизной катода, но при этом оптика получается сложной, состоящей из большого количества элементов. Применение же более простых объективов приводит к большим искажениям по краям изображения, обусловленным значительной кривизной поля зрения. Так, известен объектив для приборов ночного видения по патенту RU №2218585, МПК G02B 13/14, 9/60, 2003 г., содержащий установленные по ходу луча положительную двухлинзовую склейку, положительный одиночный мениск, отрицательную двухлинзовую склейку и два мениска, обращенных выпуклостями друг к другу.The invention relates to optical instrumentation and can be used in night-vision devices with electron-optical converters (image intensifier tubes), in particular with zero-generation image intensifiers having a spherical cathode. The market of night-vision devices has been rapidly developing in recent decades, and demand has increased both for military-grade night-vision devices working with second and third-generation image intensifiers, and for civilian devices, which include not only zero-first-generation amateur devices, but also military systems adapted for the needs of rescue services to provide law enforcement and security personnel, also related to zero-generation devices. Significant in terms of the number of manufactured products is the market for night-vision devices working together with a zero-generation image intensifier tube with a spherical cathode. The possibility of using a zero-generation tube with a spherical cathode was very limited due to defocusing at points remote from the center of the cathode. This problem was solved in principle through the use of lenses having an image curvature that matches the curvature of the cathode, but the optics are complex, consisting of a large number of elements. The use of simpler lenses leads to large distortions at the edges of the image, due to the significant curvature of the field of view. So, the known lens for night vision devices according to patent RU No. 22218585, IPC G02B 13/14, 9/60, 2003, containing positive two-lens gluing, positive single meniscus, negative two-lens gluing and two convex facing meniscus installed along the beam to each other.

Этот линзовый объектив успешно может быть использован совместно с ЭОП второго и третьего поколений, однако его применение совместно с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы, не обеспечивает высокого качества изображения, поскольку дает четкое изображение только в центре, с искажением и меньшим разрешением по краям из-за значительной кривизны поля зрения. Таким образом, недостатком известного объектива при использовании совместно с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы, является низкое качество изображения.This lens can be successfully used in conjunction with the second and third generation image intensifier tubes, but its use together with the zero generation image intensifier tubes with a spherical cathode does not provide high image quality because it gives a clear image only in the center, with distortion and lower resolution at the edges due to the significant curvature of the field of view. Thus, a disadvantage of the known lens when used in conjunction with a zero-generation image intensifier tube having a spherical cathode is the low image quality.

Другой недостаток известного объектива - большое количество линз и большая номенклатура используемых марок стекол. Этот недостаток является также существенным, поскольку в основном именно на использовании ЭОП нулевого поколения, имеющих катод сферической формы, строится сегмент рынка носимых и переносных приборов ночного видения.Another disadvantage of the known lens is a large number of lenses and a large range of glass brands used. This disadvantage is also significant, since it is mainly on the use of zero-generation image intensifier tubes with a spherical shape that the market segment of wearable and portable night-vision devices is built.

Наиболее близким к заявляемому объективу по технической сущности (прототипом) является объектив для приборов ночного видения, выполненный в виде установленных по ходу луча пяти элементов, первый из которых выполнен в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, второй - в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, обращенной выпуклостью к предмету, а третий представляет собой плосковогнутую линзу, обращенную вогнутостью к изображению, четвертый и пятый - плосковыпуклую линзу и мениск соответственно, обращенные выпуклостями к предмету [RU №2276799, МПК G02B 13/14, 9/60, 2004 г.].Closest to the claimed lens by technical nature (prototype) is a lens for night vision devices made in the form of five elements installed along the beam, the first of which is made in the form of a single positive plano-convex lens convex to the object, the second - in the form of gluing from positive biconvex and negative biconcave lenses convex to the subject, and the third is a flat-concave lens facing concavity to the image, the fourth and fifth glossy convex lens and meniscus, respectively, convex to the subject [RU No. 2276799, IPC G02B 13/14, 9/60, 2004].

Этот линзовый объектив имеет по отношению к первому аналогу меньшее количество элементов и меньшую номенклатуру стекол, однако качество изображения при работе с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы, остается низким по причинам, указанным выше при описании объектива по патенту RU №2218585.This lens has a smaller number of elements and a smaller range of glasses relative to the first analogue, however, the image quality when working with a zero-generation image intensifier tube with a spherical cathode remains low for the reasons mentioned above when describing the lens according to patent RU No. 2218585.

Таким образом, задачей изобретения является создание объектива для приборов ночного видения, который обеспечивает высокое качество изображения при совместной работы с ЭОП нулевого поколения, имеющими катод сферической формы, и который имеет при этом малое количество элементов.Thus, the object of the invention is to provide a lens for night vision devices, which provides high image quality when working together with a zero-generation image intensifier tube having a spherical cathode, and which also has a small number of elements.

Поставленная задача достигается тем, что в объективе для приборов ночного видения, содержащем установленные по ходу луча первый элемент в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, второй элемент в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, обращенной выпуклостью к предмету, третий элемент выполнен в виде одиночного положительного мениска, выпуклой поверхностью положительной линзы обращенного к предмету, а четвертый - в виде симметричной двояковогнутой линзы. Таким образом, объектив содержит всего четыре элемента.This object is achieved by the fact that in the lens for night vision devices containing the first element installed in the direction of the beam in the form of a single positive plano-convex lens convex to the object, the second element in the form of gluing from the positive biconvex and negative biconcave lens, convex to the object, the third element is made in the form of a single positive meniscus, the convex surface of the positive lens facing the object, and the fourth in the form of a symmetrical biconcave th lenses. Thus, the lens contains only four elements.

Сущность изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена оптическая схема линзового объектива прибора ночного видения;Figure 1 shows the optical diagram of the lens of the night vision device;

на фиг.2 - график частотно-контрастной характеристики (ЧКХ);figure 2 is a graph of a frequency-contrast characteristic (TSC);

на фиг.3 - графики лучевых аберраций, при этом на фиг.3а даны графики лучевых аберраций для осевого пучка лучей (ω=0°), а на фиг.3б и 3в - для внеосевых пучков лучей двух наклонов (ω=4,5° и ω=6,5° соответственно);in Fig.3 - graphs of radial aberrations, in Fig.3a are graphs of radial aberrations for the axial beam of rays (ω = 0 °), and Fig.3b and 3c for off-axis bundles of rays of two tilts (ω = 4,5 ° and ω = 6.5 °, respectively);

на фиг.4 - график кривизны и астигматизма;figure 4 is a graph of curvature and astigmatism;

на фиг.5 - график дисторсии;figure 5 is a graph of distortion;

на фиг.6 - график продольного хроматизма.figure 6 is a graph of longitudinal chromatism.

Объектив для прибора ночного видения (фиг.1) содержит четыре оптических элемента, первый из которых по ходу луча выполнен в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы 1, обращенной выпуклостью к предмету, второй - в виде склейки 2 из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, обращенной выпуклостью к предмету, третий элемент выполнен в виде одиночного положительного мениска 3, выпуклой стороной обращенного к предмету, четвертый - в виде симметричной двояковогнутой линзы 4.The lens for the night-vision device (Fig. 1) contains four optical elements, the first of which is made in the form of a single positive plano-convex lens 1, convex to the object, and the second - as a gluing 2 of the positive biconvex and negative biconcave lenses, turned convexity to the object, the third element is made in the form of a single positive meniscus 3, the convex side facing the object, the fourth - in the form of a symmetrical biconcave lens 4.

Оптические силы элементов объектива связаны следующими соотношениями:The optical power of the lens elements are related by the following relationships:

φ1=(0,2÷0,4)φ0; φ2=(0,3÷0,6)φ0; φ3=-(0,7÷1,4)φ0; φ4=-(3÷6)φ0,φ 1 = (0.2 ÷ 0.4) φ 0 ; φ 2 = (0.3 ÷ 0.6) φ 0 ; φ 3 = - (0.7 ÷ 1.4) φ 0 ; φ 4 = - (3 ÷ 6) φ 0 ,

где φ0 - оптическая сила объектива;where φ 0 is the optical power of the lens;

φ1, φ2, φ3, φ4 - оптические силы элементов объектива.φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 - the optical power of the lens elements.

Оптические силы линз второго элемента 2 объектива связаны следующими соотношениями:The optical power of the lenses of the second element 2 of the lens are connected by the following relationships:

φ21=(1,5÷4)φ2; φ22=-(1.5÷3,5)φ2,φ 21 = (1.5 ÷ 4) φ 2 ; φ 22 = - (1.5 ÷ 3.5) φ 2 ,

где φ2 - оптическая сила второго элемента 2 объектива;where φ 2 is the optical power of the second element 2 of the lens;

φ21, φ22 - оптические силы линз второго элемента 2 объектива.φ 21 , φ 22 - optical power of the lenses of the second element 2 of the lens.

При этом радиусы кривизны поверхности третьего элемента 3, обращенной к четвертому элементу 4, и поверхностей четвертого элемента 4 находятся в следующей зависимости:In this case, the radii of curvature of the surface of the third element 3, facing the fourth element 4, and the surfaces of the fourth element 4 are in the following dependence:

R7=-R8=R9.R 7 = -R 8 = R 9 .

Объектив работает следующим образом. Свет от предмета, расположенного на большом расстоянии от первого элемента, преломляясь, проходит через элементы 1, 2, 3, 4 и формирует в фокальной плоскости объектива изображение предмета.The lens works as follows. Light from an object located at a great distance from the first element, being refracted, passes through elements 1, 2, 3, 4 and forms an image of the object in the focal plane of the lens.

В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан вариант объектива для фокусного расстояния f=70 мм и входной апертуры D=50 мм, конструктивные параметры которого приведены в таблице.In accordance with the proposed technical solution, the lens variant was calculated for the focal length f = 70 mm and the input aperture D = 50 mm, the design parameters of which are given in the table.

ПоверхностьSurface РадиусRadius ТолщинаThickness Марка стеклаGlass mark ДиаметрDiameter STOSTO 119.12119.12 66 BK8Bk8 5252 22 0.40.4 5252 33 44.0644.06 1212 TK14Tk14 50fifty 4four -248.9-248.9 4.54.5 TF10TF10 50fifty 55 93.7693.76 55.155.1 4444 66 18.19618.196 1212 TK14Tk14 1616 77 23.0101/23 2.22.2 14fourteen 88 -23.01-23.01 33 BF27Bf27 14fourteen 99 23.0101/23 0.30.3 15fifteen 1010 30thirty 1.21.2 LK3Lk3 15fifteen 11eleven 30thirty 1616

Объектив имеет угловое поле зрения 2ω=13°, относительное отверстие 1:1.4, и высокое качество изображения, что подтверждается графиками, представленными на фиг.2-6.The lens has an angular field of view of 2ω = 13 °, a relative aperture of 1: 1.4, and high image quality, which is confirmed by the graphs presented in figures 2-6.

На всех упомянутых графиках кривые представлены для четырех длин волн - 0,486; 0,587; 0,656; 0,852 мкм, при этом кривые для длины волны 0,486 мкм показаны сплошной линией, для 0,587 мкм - коротким пунктиром, 0,656 мкм - длинным пунктиром, 0,852 мкм - штрихпунктирной линией. Диапазон шкал по осям ординат соответствует входящему диаметру объектива.On all the mentioned graphs, the curves are presented for four wavelengths - 0.486; 0.587; 0.656; 0.852 μm, while the curves for a wavelength of 0.486 μm are shown by a solid line, for 0.587 μm by a short dotted line, 0.656 μm by a long dotted line, and 0.852 μm by a dash-dotted line. The range of scales along the ordinate axis corresponds to the input diameter of the lens.

Как видно из графиков, объектив, выполненный в соответствии с изобретением, характеризуется следующими параметрами:As can be seen from the graphs, the lens made in accordance with the invention is characterized by the following parameters:

- хроматическая аберрация не превышает 0,02 мм во всем диапазоне спектра и поля зрения (фиг.6);- chromatic aberration does not exceed 0.02 mm in the entire range of the spectrum and field of view (Fig.6);

- сферическая аберрация на зоне зрачка m=0,707 ΔS′<0,025 мм (фиг.3);- spherical aberration on the pupil area m = 0.707 ΔS ′ <0.025 mm (figure 3);

- меридиональная кривизна ΔХ′m<0,05 мм (фиг.4);- meridional curvature ΔX′m <0.05 mm (figure 4);

- сагиттальная кривизна ΔX′s<0,05 мм (фиг.4);- sagittal curvature ΔX′s <0.05 mm (figure 4);

- дисторсия <0,3% (фиг.5);- distortion <0.3% (figure 5);

Полихроматический коэффициент передачи модуляции (КПМ) в изображении синусоидальной миры абсолютного контраста на пространственной частоте N=40 мм-1 (фиг.2) в спектральном интервале длин волн от 486 до 852 нм составляет:The polychromatic modulation transfer coefficient (KPM) in the image of the sinusoidal world of absolute contrast at a spatial frequency of N = 40 mm -1 (FIG. 2) in the spectral range of wavelengths from 486 to 852 nm is:

- для осевой точки предмета - от 0,3 до 0,4;- for the axial point of the subject - from 0.3 to 0.4;

- для края поля:- for the edge of the field:

- меридиональное сечение - от 0,17 до 0,2;- meridional section - from 0.17 to 0.2;

- сагиттальное сечение - от 0,17 до 0,2.- sagittal section - from 0.17 to 0.2.

Как видно из конкретного примера воплощения изобретения, заявленный объектив имеет высокое качество изображения в области повышенных пространственных частот при работе совместно с ЭОП нулевого поколения, имеющим катод сферической формы.As can be seen from a specific example embodiment of the invention, the claimed lens has a high image quality in the field of increased spatial frequencies when working in conjunction with a zero-generation image intensifier having a spherical cathode.

Это стало возможным благодаря тому, что расчетная поверхность изображения объектива имеет сферическую форму, совпадающую с формой катода, и тем самым обеспечивается значительное уменьшение аберраций и в особенности устраняется кривизна поля зрения, а также обеспечивается получение высоких значений полихроматических частотно-контрастных характеристик с учетом спектральной эффективности фотокатода в области повышенных пространственных частот. При этом объектив согласно изобретению имеет относительно простую оптику, включающую всего 4 элемента (вместо 5 в прототипе) и меньшее количество линз (5 вместо 6 в прототипе).This became possible due to the fact that the calculated image surface of the lens has a spherical shape that matches the shape of the cathode, and this ensures a significant reduction in aberrations and, in particular, eliminates the curvature of the field of view, and also ensures high values of polychromatic frequency-contrast characteristics taking into account spectral efficiency photocathode in the field of increased spatial frequencies. Moreover, the lens according to the invention has a relatively simple optics, including only 4 elements (instead of 5 in the prototype) and fewer lenses (5 instead of 6 in the prototype).

Claims (1)

Объектив для приборов ночного видения, содержащий установленные по ходу луча первый элемент, выполненный в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, второй элемент, выполненный в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, обращенной выпуклостью к предмету, а также третий и четвертый элементы, отличающийся тем, что третий элемент выполнен в виде одиночного положительного мениска, выпуклой поверхностью обращенного к предмету, а четвертый - в виде симметричной двояковогнутой линзы. A lens for night vision devices, containing the first element mounted in the direction of the beam made in the form of a single positive plano-convex lens convex to the object, the second element made in the form of gluing from the positive biconvex and negative biconcave lenses, convex to the object, as well as the third and the fourth element, characterized in that the third element is made in the form of a single positive meniscus with a convex surface facing the object, and the fourth in the form of a symmetry ary biconcave lens.
RU2007138243/28A 2007-07-06 2007-10-15 Objective for night vision device RU2360269C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BYBY2007-0842 2007-07-06
BY20070842 2007-07-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007138243A RU2007138243A (en) 2009-04-20
RU2360269C1 true RU2360269C1 (en) 2009-06-27

Family

ID=41017455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007138243/28A RU2360269C1 (en) 2007-07-06 2007-10-15 Objective for night vision device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2360269C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2574332C1 (en) * 2014-10-22 2016-02-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Objective lens with offset entrance pupil
RU186023U1 (en) * 2018-08-29 2018-12-26 ООО "Конструкторское бюро "Луггар" LENS FOR NIGHT VISION INSTRUMENT

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2574332C1 (en) * 2014-10-22 2016-02-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Objective lens with offset entrance pupil
RU186023U1 (en) * 2018-08-29 2018-12-26 ООО "Конструкторское бюро "Луггар" LENS FOR NIGHT VISION INSTRUMENT

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007138243A (en) 2009-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2443005C2 (en) Catadioptric telescope
RU2451312C1 (en) Objective lens
CN104330867A (en) Large-aperture small-F-number optical system used for television wave band
RU192789U1 (en) FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS
RU2360269C1 (en) Objective for night vision device
CN107991767B (en) Light-duty low-light level night vision device optical system
JP7225047B2 (en) Imaging lens and imaging device
RU2415451C1 (en) Reflector lens
RU195924U1 (en) LENS
CN210072199U (en) Eyepiece of handheld infrared observation appearance of non-refrigeration type
RU2421764C1 (en) Objective lens for visible and near infrared spectrum
RU2652660C1 (en) Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil
RU182711U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR
RU204248U1 (en) LENS
RU2331909C1 (en) Objective lens for closer infrared spectrum
RU2276799C1 (en) Objective for close infrared area of spectrum
RU2328022C2 (en) Objective lens with outrigger entrance pupil
RU2262726C1 (en) Objective
RU108649U1 (en) LIGHT LIGHT
RU2351967C1 (en) Fast lens
RU2428729C2 (en) Optical viewing device
RU127949U1 (en) MIRROR LENS VARIO LENS
RU2239855C2 (en) Lens objective
RU2412455C1 (en) Four-element lens
RU2670237C1 (en) Reflector lens

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131016

PD4A Correction of name of patent owner