[發明專利]用于頭戴類微光夜視儀的輕量化物鏡光學系統

在審

• 申請號: 202110260912.2
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112859306A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 李訓牛;宋建華;楊雁;許紅;安長亮;張聰;呂復坡;劉春梅;金寧;馮曉燕;陳洪明;覃金生;席紹勁;朱惠;毛曉東;周亞喬
• 申請（專利權）人: 云南北方光電儀器有限公司
• 主分類號: G02B13/18
• 分類號: G02B13/18;G02B23/00
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發明公開了一種用于頭戴類微光夜視儀的輕量化物鏡光學系統，沿光軸從入射光方向至像面由四組透鏡組成，第一組透鏡由具有正屈光度的物鏡第一透鏡組成；第二組透鏡由一片雙凸正屈光度的物鏡第二透鏡和一片雙凹負屈光度的物鏡第三透鏡組成的膠合透鏡組成；第三組透鏡由具有正屈光度的單片非球面物鏡或者由兩片分離透鏡組成；第四組透鏡由具有負屈光度的單片透鏡組成。在夜間使用該光學系統制作的微光物鏡將目標及場景圖像成像至微光像增強器像面，可得到清晰的夜間目標和場景圖像。本發明公開的物鏡光學系統包含了非球面物鏡，具有成像質量好、結構簡單、重量輕、工藝性好等優點，光學系統像差得到了良好的校正。

技術領域

本發明涉及一種基于非球面設計的適用于微光夜視儀的高性能輕量化物鏡光學系統，特別是一種用于頭戴類微光夜視儀的輕量化物鏡光學系統。

背景技術

人眼是一種高精度的光學系統，但是人眼的光譜敏感范圍不大，分辨能力也有限。隨著光強不斷減弱，人眼的識別能力也逐漸變差，最終無法辨識物體。在夜間，光譜范圍和光強兩個因素限制了人眼的分辨能力，微光夜視儀突破上述限制，幫助人在夜間微光條件下觀察物體。

現今微光夜視技術已經是成熟的高新技術，微光夜視儀是發達國家生產量、裝備量最大的夜視設備。隨著微光夜視的需求不斷增加，相應的需要不斷加強微光器件和光學結構的技術改進，使其具備更高的靈敏度、分辨率，更長的作用距離，更大的視場。

頭盔式微光夜視儀是微光夜視儀的一種常見類型，與一般夜視儀不同的是，使用者需要將其佩戴在頭部，因此必須通過改進設計來減輕重量，減少使用者的負擔。大部分傳統夜視儀采用球面設計，為校正相對孔徑較大帶來的各種像差，結構相對復雜，鏡片數量較多，因此重量較重。改進的方法主要有使用光學衍射元件，非球面，衍射元件和非球面混合設計等。這些方法除了可以實現傳統光學元件的功能，還可以實現色差校正，消熱差等特殊功能，增加了光學設計的自由度，在改善像質，減小體積、重量方面有著獨特優勢。

光學衍射元件有著優異的性能，但是對于加工制造有較高要求，加工、裝配導致的誤差也對其性能有較大影響，因此在實際應用中實現難度較高，生產制造成本也較高。得益于國內加工、檢測技術的進步，非球面的制造難度降低，在光學設計中引入非球面，可以擴展設計自由度，更加高效的校正像差，從而在滿足光學性能要求的前提下減少鏡片質量，簡化整體結構，達到減小體積，減輕重量的目的。

目前微光夜視儀物鏡大多為7-10片的雙高斯物鏡，如專利CN107991767B《輕型微光夜視儀光學系統》采用了四組8片的設計。專利CN02268250.3《微光夜視瞄準鏡物鏡》物鏡采用6組8片式，為了使微光夜視儀重量輕，體積小，需要設計一種使用非球面技術的4組5片結構的物鏡，在保證光學性能的同時簡化結構，提升微光夜視儀性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：

針對當前采用傳統球面透鏡設計的頭戴類微光夜視儀物鏡通常采用7-8片的雙高斯形式物鏡，且受體積尺寸限制，存在像差較難得到校正、重量較重等問題，如何解決在保證圖像質量的前提下，有效降低體積及重量。

本發明的技術方案是：

為了解決上述技術問題，本發明針對頭戴類微光夜視儀的使用要求，采用環保材料和非球面元件，在保證圖像質量的前提下，降低系統體積重量。設計的物鏡焦距為24.74mm，相對孔徑1:1.2，采用4組5片或者4組6片的形式，物鏡軸上傳遞函數達到0.7@40lp/mm以上，光學系統總長不大于35mm，光學元件重量不大于17g。

具體的，本發明的技術方案可以是采用4組5片或者采用4組6片的技術方案。

(1)采用4組5片的技術方案為：