[發明專利]一種高性能機載頭戴微光夜視光學系統

在審

• 申請號: 202110209559.5
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN112882199A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李昀;李立松;彭超鵬;李浩;李華
• 申請（專利權）人: 湖南航天捷誠電子裝備有限責任公司
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/18;G02B1/11;G02B1/10
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

本發明公開了一種高性能機載頭戴微光夜視光學系統，包括沿光軸依次排列的第一彎月凸透鏡、第一雙凹透鏡、第一膠合透鏡組、第二膠合透鏡組、第一雙凸透鏡、彎月凹透鏡、傳感器保護視窗和像面，第一膠合透鏡組包括膠合的第二彎月凸透鏡和第二雙凸透鏡，第二膠合透鏡組包括膠合的第三雙凸透鏡和第二雙凹透鏡。所述光學系統可實現定焦成像，F值為1.1，工作波段為600～1000nm，能夠兼容機載艙內光電設備發光波長，重量僅為33.6g；雜散光弱、工作波段內光波透反比高達93:7，配合鎂合金機械件在?40℃～+80℃的超寬溫使用環境下MTF值不小于0.5@30lp/mm25.5°，配合靈敏度為2.5個電子的微光傳感器在2m處光學分辨率不大于1.5mrad@0.01lx90％對比度靶板，在近似無窮遠處光學分辨率不大于0.8mrad@0.01lx90％對比度靶板。

技術領域

本發明涉及一種光學成像技術領域，尤其涉及一種高性能機載頭戴微光夜視光學系統。

背景技術

近年來，隨著微光傳感技術的發展，結合光學成像技術和頭戴顯示技術，在現實世界、虛擬世界和用戶之間搭建一個交互反饋的信息回路，用戶可增強在低照度環境下感知外部場景的信息量和理解程度。人眼可見光波段波長為380nm～780nm，而夜間自然光波段波長除了可見光波段外，還包含近紅外波段，微光傳感器感光波段通常為400nm～1000nm，為了提升微光成像效果，與微光傳感器配套的光學系統工作波段應與傳感器的工作波段匹配，且光學系統的光通量應盡量提升。由像面照度公式可知，光學系統的光通量與相對孔徑的平方成正比，為了提升光學系統的光通量，相對孔徑應盡可能大，對應的F數應盡可能小，但是F數越小，對應的光學系統像差越難以修正。

考慮到飛機艙內存在照明、顯示等發光設備，為避免受到艙內發光設備的干擾，光學系統的工作波長應滿足相應標準的要求，通常為600nm～1000nm。裝配應用至飛行員頭盔上，光學系統及機械件的重量應盡可能輕，機械件常采用鎂合金材質，且在-40℃～+60℃的外部環境下應能正常工作。為了保障飛行員能觀察遠近物體且避免手動調焦，光學系統的成像景深應滿足2m至近似無窮遠。

申請號為CN111308646A的中國專利揭露了一種適配1英寸靶面的小巧微光夜視鏡頭，圖1為其光學系統結構視圖，由彎月單透鏡11、第一雙凸正透鏡12、第一雙凹負透鏡13、光闌14、第二雙凸正透鏡15、第二雙凹負透鏡16、第三雙凸正透鏡17、第三雙凹負透鏡18、傳感器保護視窗19組成。工作波段為500nm～1000nm，若應用于機載艙內使用，易受艙內其它光電設備干擾。僅在彎月單透鏡1前表面鍍400nm～700nm的增透膜，700nm～1000nm的光波在光學系統內透鏡表面易形成二次反射，產生雜散光。20℃環境下MTF(ModulationTransfer Function，模量傳遞函數)評價曲線中30lp/mm對應的MTF值僅為0.4@20.3°，且未對-40℃和+60℃環境溫度及搭配鎂合金機械件使用情況下的光學性能進行揭露。

因此，如何能夠保障光學系統在微光環境下，尤其是在超寬溫使用環境和機載艙內光電設備光干擾的情況下，能夠實現重量輕、F數(光圈數)低、雜散光弱、無需手動調焦也能滿足2m至近似無窮遠的成像需求，使飛行員使用戶更為舒適、有效地獲取和理解外部真實場景信息，成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種高性能機載頭戴微光夜視光學系統，實現重量輕、F數低、雜散光弱、定焦成像、2m至近似無窮遠成像清晰，配合鎂合金機械件在-40℃～+80℃的超寬溫使用環境下MTF值不小于0.5@30lp/mm25.5°，并且能夠兼容機載艙內發光光電設備。

本發明提供一種高性能機載頭戴微光夜視光學系統，包括按照光路走向、沿光軸依次排布的第一彎月凸透鏡、第一雙凹透鏡、第一膠合透鏡組、第二膠合透鏡組、第一雙凸透鏡、彎月凹透鏡、傳感器保護視窗和像面，第一膠合透鏡組包括膠合連接的第二彎月凸透鏡和第二雙凸透鏡，第二膠合透鏡組包括膠合連接的第三雙凸透鏡和第二雙凹透鏡。