RU2218585C1 - Objective lens of night vision device - Google Patents
Objective lens of night vision device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2218585C1 RU2218585C1 RU2002107187A RU2002107187A RU2218585C1 RU 2218585 C1 RU2218585 C1 RU 2218585C1 RU 2002107187 A RU2002107187 A RU 2002107187A RU 2002107187 A RU2002107187 A RU 2002107187A RU 2218585 C1 RU2218585 C1 RU 2218585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- image
- lenses
- field
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Telescopes (AREA)
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам приборов ночного видения (ПНВ), и может быть использовано для работы совместно с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) в ПНВ для решения задач обнаружения и опознавания объектов наблюдения при пониженной освещенности. Предлагаемый линзовый объектив может быть использован как в пассивных, так и в активно-импульсных ПНВ, включая прицелы ночного видения, совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений. The invention relates to the field of optical instrumentation, and in particular to lenses of night vision devices (NVD), and can be used to work in conjunction with electron-optical converters (EOP) in NVD for solving problems of detection and recognition of objects under observation at low light. The proposed lens can be used in both passive and active-pulse NVD, including night vision sights, in conjunction with 2, 2+ and 3rd generation image intensifiers.
Известны линзовые объективы ПНВ (Волков В.Г., Бабинцев В.Ф., Кощавцев Н. Ф. Оптические системы приемной части активно-импульсных оптико-электронных приборов наблюдения //Вопросы оборонной техники. Серия 11. Вып.1-2 (140-141) Москва, 1994. - с. 22-29), предназначенные для работы в спектральном диапазоне, соответствующем чувствительности фотокатода ЭОП, и имеющие соотношение между фокусным расстоянием и угловым полем, определяемое диаметром фотокатода ЭОП, используемого совместно с объективом в ПНВ. Объективы различаются по своим конструктивным схемам, состоят из 5-7 линз. Known lenses for NVD (Volkov VG, Babintsev VF, Koshchavtsev NF Optical systems of the receiving part of active-pulse optoelectronic surveillance devices // Issues of defense technology.
Основным недостатком этих объективов является низкая разрешающая способность. Качество изображения, даваемого объективами ПНВ, оценивается частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ) в плоскости фотокатода ЭОП. Лучший по качеству из упомянутых выше объективов (там же, с. 24, 26, рисунок 1, таблица 1) состоит из двухсклеенного компонента и пяти одиночных линз, ахроматизирован в спектральном диапазоне 0,7-0,9 мкм, имеет фокусное расстояние 131 мм, относительное отверстие 1:1,1, угловое поле 8,2o, массу 2,2 кг и для него коэффициент передачи контраста для пространственных частот 15 и 30 мм-1 соответственно составляет 0,781 и 0,541 (для точки на оси) и 0,620 и 0,222 (для края поля зрения). Для объектива, худшего по качеству (там же, с. 24, 26, рисунок 4, таблица 1), коэффициент передачи контраста для тех же частот составляет соответственно 0,60 и 0,30 (для точки на оси) и 0,25 и 0,12 (для края поля зрения). Использование таких объективов в ПНВ совместно с ЭОПами 2, 2+ и 3-го поколений, имеющих разрешение 50-60 мм-1, не позволяет в полной мере реализовать преимущества последних.The main disadvantage of these lenses is their low resolution. The quality of the image given by the NVD lenses is estimated by the frequency-contrast characteristic (CCF) in the plane of the image intensifier photocathode. The best quality of the above-mentioned lenses (ibid., P. 24, 26, figure 1, table 1) consists of a double-glued component and five single lenses, achromatized in the spectral range of 0.7-0.9 microns, has a focal length of 131 mm , the relative aperture is 1: 1.1, the angular field is 8.2 o , the mass is 2.2 kg, and for it the contrast transfer coefficient for spatial frequencies of 15 and 30 mm -1 is 0.781 and 0.541, respectively (for a point on the axis) and 0.620, and 0.222 (for the edge of the field of view). For the worst quality lens (ibid., P. 24, 26, figure 4, table 1), the contrast transfer coefficient for the same frequencies is 0.60 and 0.30, respectively (for a point on the axis) and 0.25 and 0.12 (for the edge of the field of view). The use of such lenses in the NVD together with 2, 2+ and 3rd generation image intensifiers with a resolution of 50-60 mm -1 does not allow to fully realize the advantages of the latter.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является линзовый объектив ПНВ, содержащий установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент включает в себя положительные двухлинзовую склейку и одиночный мениск (Патент России 2105333, 1998). The closest in technical essence, adopted for the prototype, is the NVD lens objective containing the power and correction components installed along the beam, while the power component includes positive two-lens gluing and a single meniscus (Russian Patent 2105333, 1998).
Основным недостатком прототипа является низкое качество изображения. Проверочный расчет объектива показал, что коэффициент передачи контраста для пространственных частот 25 и 50 мм-1 для точки на оси составляет соответственно 0,7 и 0,4 и падает практически до нуля на частоте 20 мм-1 для углового поля, соответствующего диаметру фотокатода ЭОП, равному 18 мм. При этом значения коэффициентов передачи контраста для края фотокатода практически остаются такими же низкими при снижении относительного отверстия до 1: 4 и менее. Последнее обстоятельство свидетельствует о том, что основное влияние на снижение качества изображения, даваемого данным объективом, оказывают полевые аберрации, прежде всего астигматизм, кривизна изображения и хроматизм увеличения. Поэтому такой объектив не может быть применен в ПНВ совместно с ЭОПами 2, 2+ и 3-го поколений, имеющих разрешение 50-60 мм-1, так как вследствие мультипликативности частотно-контрастных характеристик элементов ПНВ результирующая ЧКХ будет ограничена низкой частотно-контрастной характеристикой объектива, что не позволит в полной мере реализовать преимущества ЭОП последних поколений для достижения максимальной дальности обнаружения объектов наблюдения.The main disadvantage of the prototype is the low image quality. A verification calculation of the lens showed that the contrast transfer coefficient for spatial frequencies of 25 and 50 mm -1 for a point on the axis is 0.7 and 0.4, respectively, and drops to almost zero at a frequency of 20 mm -1 for the angular field corresponding to the diameter of the image intensifier photocathode equal to 18 mm. In this case, the values of the contrast transfer coefficients for the edge of the photocathode practically remain the same when the relative aperture is reduced to 1: 4 or less. The latter circumstance suggests that the field aberrations, primarily astigmatism, image curvature and magnification chromaticity, have the main effect on reducing the quality of the image given by this lens. Therefore, such a lens cannot be used in NVDs together with 2, 2+, and 3rd generation image intensifiers with a resolution of 50-60 mm -1 , since due to the multiplicative frequency-contrast characteristics of the NVD elements, the resulting frequency response will be limited by the low frequency-contrast characteristic lens, which will not allow to fully realize the advantages of the image intensifier of the latest generations to achieve the maximum detection range of objects of observation.
Необходимое улучшение качества изображения в этой системе невозможно обеспечить из-за наличия больших остаточных аберраций, из которых наибольшее значение имеют астигматизм, кривизна изображения и хроматизм увеличения. The necessary improvement in image quality in this system cannot be achieved due to the presence of large residual aberrations, of which astigmatism, image curvature and magnification chromaticity are of greatest importance.
Предложен линзовый объектив ПНВ, содержащий установленные по ходу луча силовой и коррекционный компоненты, при этом силовой компонент включает в себя положительные двухлинзовую склейку и одиночный мениск, в силовой компонент дополнительно введена отрицательная двухлинзовая склейка, установленная после одиночного мениска, а коррекционный компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, и плоскопараллельной пластинки, при этом показатели преломления материалов линз объектива превышают 1,65. A NVD lens objective is proposed that contains the power and correction components installed along the beam, while the power component includes positive two-lens gluing and a single meniscus, a negative two-lens gluing installed after the single meniscus is additionally introduced into the power component, and the correction component is made in the form of two menisci, convex to each other, and a plane-parallel plate, while the refractive indices of the lens material exceed 1.65.
Предлагаемый линзовый объектив ПНВ позволяет обеспечить более высокие технические характеристики - повысить коэффициент передачи контраста на частотах до 50 мм-1 в пределах поля зрения, соответствующего диаметрам ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений. Кроме того, введение в систему объектива сменной плоскопараллельной пластинки позволяет без изменения конструктивных параметров линз объектива использовать предлагаемый объектив с различными моделями ЭОП, отличающимися толщиной входного окна, служащего подложкой для фотокатода. Плоскопараллельная пластинка может использоваться для нанесения на нее покрытия-фильтра, выделяющего излучение, соответствующее рабочему спектральному диапазону чувствительности ЭОП.The proposed lens NVD allows you to provide higher technical characteristics - to increase the transmission coefficient of contrast at frequencies up to 50 mm -1 within the field of view, corresponding to the diameters of the image intensifier of 2, 2+ and 3rd generation. In addition, the introduction of an interchangeable plane-parallel plate into the lens system allows the proposed lens to be used with various image intensifier tubes, which differ in the thickness of the input window serving as a substrate for the photocathode, without changing the design parameters of the lenses. A plane-parallel plate can be used to apply a coating filter on it, emitting radiation corresponding to the working spectral range of the sensitivity of the image intensifier tube.
Более высокие технические характеристики предлагаемого объектива обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков:
- в силовой компонент дополнительно введена отрицательная двухлинзовая склейка;
- коррекционный компонент выполнен в виде двух менисков, обращенных выпуклостями друг к другу;
- в коррекционный компонент введена плоскопараллельная пластинка;
- показатели преломления материалов линз объектива превышают 1,65.Higher technical characteristics of the proposed lens are provided by a new set of distinctive features:
- a negative two-lens gluing is additionally introduced into the power component;
- the correction component is made in the form of two menisci, convex to each other;
- a plane-parallel plate is introduced into the correction component;
- the refractive indices of the lens material exceed 1.65.
Введение в силовой компонент дополнительной отрицательной линзы позволяет уменьшить хроматизм увеличения объектива, так как ее хроматизм увеличения компенсирует хроматизм увеличения остальных положительных линз силового компонента, что способствует достижению высокого коэффициента передачи контраста на рабочих пространственных частотах для внеосевых точек изображения. Выполнение этой линзы склеенной позволяет одновременно обеспечить и малую величину хроматизма положения объектива, что способствует достижению высокого коэффициента передачи контраста на рабочих пространственных частотах для осевых точек изображения. The introduction of an additional negative lens into the power component makes it possible to reduce the chromaticity of the lens enlargement, since its chromaticity increases the chromaticity of the increase in the remaining positive lenses of the power component, which helps to achieve a high contrast transmission coefficient at working spatial frequencies for off-axis image points. The implementation of this bonded lens allows you to simultaneously provide a small amount of chromatism of the position of the lens, which helps to achieve a high transmission coefficient of contrast at the working spatial frequencies for the axial points of the image.
Разделение коррекционного компонента на две линзы дает возможность распределить оптическую силу коррекционного компонента на отрицательную и положительную, сохранив положительную оптическую силу коррекционного компонента, как и в прототипе, но тем самым уменьшить астигматизм и кривизну изображения объектива в целом. Выполнение коррекционного компонента в виде менисков, обращенных выпуклостью друг к другу, позволяет одновременно влиять и на аберрации широких наклонных пучков коррекционного компонента, уменьшив тем самым необходимость исправления указанных аберраций в силовом компоненте и улучшив их взаимную компенсацию. Уменьшение величин указанных аберраций позволяет повысить коэффициенты передачи контраста на рабочих пространственных частотах для внеосевых точек изображения
Введение в коррекционный компонент плоскопараллельной пластинки позволяет использовать предлагаемый объектив с различными моделями ЭОП, отличающимися толщиной входных окон, служащих подложками для фотокатодов. Как показывают расчеты, на ЧКХ объектива большое влияние оказывает толщина плоскопараллельной пластинки, на которой наносится фотокатод ЭОП. Входные окна в различных моделях ЭОП отличаются по толщине, например в ЭОП типа ЭПМ52Г толщина входного окна составляет 5,6 мм, а типа ЭПМ53 - 1,2 мм. При расчете оптической системы объектива значения его конкретных конструктивных параметров несколько отличаются для использования совместно с ЭОП, имеющими различную толщину входных окон. Это обстоятельство ограничивает возможности модульного принципа разработки ПНВ. В предлагаемом объективе при использовании его с другой моделью ЭОП, отличающегося толщиной входного окна, достаточно только изменить параметры плоскопараллельной пластинки коррекционного компонента без изменения конструктивных параметров линз объектива. Плоскопараллельная пластинка может использоваться для нанесения на нее покрытия-фильтра, выделяющего излучение, соответствующее рабочему спектральному диапазону чувствительности ЭОП.The separation of the correction component into two lenses makes it possible to distribute the optical power of the correction component into negative and positive, while maintaining the positive optical power of the correction component, as in the prototype, but thereby reduce astigmatism and the curvature of the image of the lens as a whole. The implementation of the correction component in the form of menisci, convex to each other, can simultaneously affect the aberrations of wide inclined beams of the correction component, thereby reducing the need to correct these aberrations in the power component and improving their mutual compensation. Reducing the values of these aberrations allows you to increase the transmission coefficients of contrast at the working spatial frequencies for off-axis image points
Introduction to the correction component of a plane-parallel plate allows you to use the proposed lens with various models of image intensifiers that differ in the thickness of the input windows that serve as substrates for the photocathodes. As calculations show, the thickness of a plane-parallel plate on which the photocathode of the image intensifier tube is very influences the frequency response of the lens. Entrance windows in different EOC models differ in thickness, for example, in an EPM52G type EOP, the input window thickness is 5.6 mm, and that of EPM53 type is 1.2 mm. When calculating the optical system of the lens, the values of its specific design parameters are somewhat different for use in conjunction with image intensifiers having different thicknesses of input windows. This circumstance limits the modular principle of the development of NVD. In the proposed lens when used with another model of image intensifier tube, which differs in the thickness of the input window, it is enough to only change the parameters of the plane-parallel plate of the correction component without changing the design parameters of the lenses. A plane-parallel plate can be used to apply a coating filter on it, emitting radiation corresponding to the working spectral range of the sensitivity of the image intensifier tube.
Использование для линз объектива марок стекол с показателями преломления выше 1,65 позволяет увеличить относительную кривизну сферических поверхностей каждой линзы силового компонента, уменьшить величины углов падения широких наклонных пучков на сферические преломляющие поверхности, что влечет за собой уменьшение поперечных аберраций широких пучков лучей и, как результат, совместно с упомянутым выше уменьшением астигматизма и кривизны изображения способствует достижению высокого коэффициента передачи контраста на рабочих пространственных частотах для всех точек изображения. The use of grades of glass for refractive index lenses with a refractive index above 1.65 makes it possible to increase the relative curvature of the spherical surfaces of each lens of the power component, to reduce the angles of incidence of wide inclined beams on spherical refractive surfaces, which entails a reduction in the transverse aberrations of wide beams of rays and, as a result , together with the aforementioned reduction in astigmatism and image curvature, helps to achieve a high contrast transfer coefficient to the workspaces natural frequencies for all points of the image.
Авторам не известны оптические системы объективов ПНВ, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемую систему от прототипа, поэтому данная система обладает существенными отличиями. The authors are not aware of the optical systems of NVD lenses that have features similar to those that distinguish the proposed system from the prototype, therefore this system has significant differences.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
Фиг.1 - оптическая схема линзового объектива ПНВ;
Фиг. 2а - графики аберраций объектива для осевого пучка лучей (вариант 1);
Фиг.26 - графики астигматизма и дисторсии (вариант 1);
Фиг.2в - графики аберраций объектива для внеосевых пучков лучей (вариант 1);
Фиг.3 - ЧКХ объектива (вариант 1f'=80 мм; D:f'=1:1,5; 2у'=18 мм);
Фиг.4 - ЧКХ объектива (вариант 2f'=80 мм; D:f'=1:2; 2y'=18 мм);
Фиг.5 - ЧКХ объектива (вариант 3f'=150 мм; D:f'=1:2; 2y'=18 мм).The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:
Figure 1 - optical diagram of the lens of the NVD lens;
FIG. 2a are graphs of lens aberrations for an axial beam of rays (option 1);
Fig - graphs of astigmatism and distortion (option 1);
Figv - graphs of the aberrations of the lens for off-axis beam bundles (option 1);
Figure 3 - the frequency response of the lens (option 1f '= 80 mm; D: f' = 1: 1,5; 2y '= 18 mm);
Figure 4 - the frequency response of the lens (option 2f '= 80 mm; D: f' = 1: 2; 2y '= 18 mm);
Figure 5 - the frequency response of the lens (option 3f '= 150 mm; D: f' = 1: 2; 2y '= 18 mm).
На фиг. 1 изображена предлагаемая оптическая схема линзового объектива ПНВ. Оптическая система объектива содержит установленные по ходу луча силовой компонент, состоящий из положительной двухлинзовой склейки 1, положительного одиночного мениска 2, отрицательной двухлинзовой склейки 3, и коррекционный компонент, содержащий два мениска 4 и 5, обращенные выпуклостями друг к другу, и плоскопараллельную пластинку 6. Показатели преломления материалов линз объектива превышают 1,65. Плоскопараллельная пластинка 6 является сменной в зависимости от модели ЭОП. In FIG. 1 shows the proposed optical scheme of the lens of the NVD lens. The optical system of the lens contains a power component installed along the beam, consisting of a positive two-
Излучение, идущее от удаленного объекта, проходя последовательно линзы 1-6 объектива, фокусируется последними и образует изображение объекта в плоскости, с которой совмещен фотокатод, нанесенный на входном окне ЭОП. Плоскопараллельная пластинка 6 может использоваться для нанесения на нее покрытия-фильтра, выделяющего излучение, соответствующее рабочему спектральному диапазону чувствительности ЭОП. The radiation coming from a distant object, passing sequentially through the lens 1-6 of the lens, is focused last and forms an image of the object in the plane with which the photocathode deposited on the input window of the image intensifier tube is aligned. Plane-
В качестве конкретных примеров исполнения приведены три варианта линзового объектива ПНВ. As specific examples of execution, three variants of the NVD lens are shown.
Таблица 1 - конструктивные параметры объектива - вариант 1 (f'=80 мм; D/f'=1:1,5; 2у'=18 мм);
Таблица 2 - ЧКХ объектива - вариант 1 (f'=80 мм; D:f=1:1,5; 2y'=18 мм);
Таблица 3 - конструктивные параметры объектива - вариант 2 (f'=80 мм; D: f'=1:2; 2y'=18 мм);
Таблица 4 - ЧКХ объектива - вариант 2 (f'=80 мм; D:f'=1:2; 2у'=18 мм);
Таблица 5 - Конструктивные параметры объектива - вариант 3 (f'=150 мм; D:f'=1:2; 2y'=18 мм);
Таблица 6 - ЧКХ объектива - вариант 3 (f'=150 мм; D:f'=1:2; 2у'=18 мм).Table 1 - design parameters of the lens - option 1 (f '= 80 mm; D / f' = 1: 1.5; 2y '= 18 mm);
Table 2 - The frequency response of the lens - option 1 (f '= 80 mm; D: f = 1: 1.5; 2y' = 18 mm);
Table 3 - design parameters of the lens - option 2 (f '= 80 mm; D: f' = 1: 2; 2y '= 18 mm);
Table 4 - The frequency response of the lens - option 2 (f '= 80 mm; D: f' = 1: 2; 2y '= 18 mm);
Table 5 - Design parameters of the lens - option 3 (f '= 150 mm; D: f' = 1: 2; 2y '= 18 mm);
Table 6 - Frequency response of the lens - option 3 (f '= 150 mm; D: f' = 1: 2; 2y '= 18 mm).
В таблице 1 приведены конструктивные параметры объектива (вариант 1), имеющего фокусное расстояние f'=80 мм, относительное отверстие D:f'=1:1,5, линейное поле в пространстве изображений (диаметр фотокатода) 2y'=18 мм, угловое поле в пространстве предметов 22ω=12o. В таблице 1 позиция линз указана в соответствие с фиг.1; пов. - номер преломляющей поверхности по ходу луча; R - радиус преломляющих поверхностей; d - толщины линз и воздушных промежутков; ЭПМ52Г, ЭПМ53 - модели ЭОП. Все линейные размеры приведены в мм. Апертурная диафрагма совмещена с третьей преломляющей поверхностью. Масса линз объектива составляет 330 г.Table 1 shows the design parameters of the lens (option 1) having a focal length f '= 80 mm, a relative aperture D: f' = 1: 1.5, a linear field in the image space (photocathode diameter) 2y '= 18 mm, angular field in the space of objects 22ω = 12 o . In table 1, the position of the lenses is shown in accordance with figure 1; pov. - number of the refracting surface along the beam; R is the radius of the refracting surfaces; d is the thickness of the lenses and air gaps; EPM52G, EPM53 - EOP models. All linear dimensions are given in mm. The aperture diaphragm is aligned with the third refracting surface. The mass of the lens is 330 g.
При работе объектива совместно с ЭОП типа ЭПМ52Г, толщина входного окна которого равна 5,6 мм, плоскопараллельная пластинка 6 имеет толщину 2 мм (марка стекла К8). При работе объектива совместно с ЭОП типа ЭПМ53, толщина входного окна которого равна 1,2 мм, плоскопараллельная пластинка 6 имеет толщину 6 мм (марка стекла СТК9). Остальные конструктивные параметры оптической системы объектива остаются без изменения, при этом практически не меняется и ЧКХ объектива. When the lens is working in conjunction with an image intensifier tube of the EPM52G type, the input window thickness of which is 5.6 mm, the plane-
На фиг. 2а, 26 и 2в приведены графики остаточных аберраций объектива (вариант 1). In FIG. 2a, 26 and 2c are graphs of the residual aberrations of the lens (option 1).
На фиг. 2а представлены графики аберраций объектива для осевого пучка лучей: цифрами 1, 2, 3 указаны графики поперечной сферической аберрации Δy′ для трех длин волн - 0,78; 0,68 и 0,88 мкм соответственно в зависимости от координаты m на входном зрачке (диапазон шкалы по оси абсцисс соответствует диаметру входного зрачка). Величина поперечной сферической аберрации не превышает 0,016 мм. In FIG. Figure 2a shows the graphs of lens aberrations for an axial ray beam: the
Фиг. 2б - графики астигматических отрезков z/ m, z/ s (в мм) и относительной дисторсии δ (в %) в зависимости от углового поля ω в пространстве предметов. Аберрации узких пучков не превышают следующих значений: астигматизм 0,02 мм, кривизна изображения 0,07 мм, дисторсия 0,5%.FIG. 2b are graphs of astigmatic segments z / m , z / s (in mm) and relative distortion δ (in%) depending on the angular field ω in the space of objects. The aberrations of narrow beams do not exceed the following values: astigmatism 0.02 mm, image curvature 0.07 mm, distortion 0.5%.
На фиг.2в представлены графики аберраций объектива для внеосевых пучков лучей для двух наклонов (3o и 6o) и двух сечений - меридионального и сагиттального: Δy′ и Δx′ - поперечные составляющие аберраций; m и M - координаты на входном зрачке в меридиональной и сагиттальной плоскостях соответственно (диапазоны шкал по осям абсцисс соответствуют диаметру входного зрачка). На каждом из графиков показаны кривые для трех указанных выше длин волн излучения, которые на значительных участках графиков практически совпадают. Наибольший размер геометрической фигуры рассеяния не превышает для середины поля 0,05 мм, для края поля - 0,17 мм. Хроматизм увеличения составляет малую величину - не более 0,007 мм.Figure 2c shows graphs of the lens aberrations for off-axis beam beams for two tilts (3 o and 6 o ) and two sections - meridional and sagittal: Δy ′ and Δx ′ are transverse components of aberrations; m and M are the coordinates on the entrance pupil in the meridional and sagittal planes, respectively (the ranges of the scales along the x-axis correspond to the diameter of the entrance pupil). On each of the graphs are shown the curves for the three radiation wavelengths indicated above, which practically coincide in significant sections of the graphs. The largest size of the scattering geometric figure does not exceed 0.05 mm for the middle of the field and 0.17 mm for the field edge. The chromaticity of the increase is small - not more than 0.007 mm.
Из графиков, представленных на фиг.2а, 2б, 2в, следует, что аберрации объектива малы. Подтверждением этого являются высокие значения коэффициентов передачи контраста в диапазоне пространственных частот, соответствующих разрешению ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений. From the graphs presented in figa, 2b, 2c, it follows that the aberrations of the lens are small. This is confirmed by the high values of the contrast transfer coefficients in the range of spatial frequencies corresponding to the resolution of the image intensifier of 2, 2+ and 3rd generations.
В таблице 2 и на фиг.3 приведены ЧКХ для объектива (вариант 1). В таблице 2 приведены коэффициенты передачи контраста в относительных единицах для пространственных частот, отнесенных к плоскости фотокатода ЭОП, в диапазоне от 0 до 50 мм-1 для точки на оси и для точек на середине и краю поля зрения (для углов наклона внеосевых пучков 3o и 6o). Для внеосевых точек изображения коэффициенты передачи контраста приведены для меридионального (М) и сагиттального (S) сечений. На фиг.3 по оси абсцисс отложены значения пространственных частот, отнесенные к плоскости фотокатода ЭОП, в мм-1; по оси ординат - значения коэффициентов передачи контраста, отн. ед. Графики ЧКХ представлены для точки на оси (обозначение "0o"), для точек на середине диаметра фотокатода ЭОП (обозначение "3o") и для точек на краю фотокатода ЭОП (на краю поля зрения) (обозначение "6o") как для меридионального (м), так и сагиттального сечений (s). Для сравнения на фиг.3 приведена также ЧКХ безаберрационного объектива (обозначение "дифр."). Из графиков фиг.3 и данных таблицы 2 следует, что коэффициенты передачи контраста на частоте 30 мм-1 на оси составляют 0,76; на половине поля зрения 0,66 (м), 0,71 (s); на краю поля зрения 0,54 (м), 0,56 (s); на частоте и 50 мм-1 соответственно 0,62; 0,52 (м), 0,57 (s) и 0,36 (м), 0,36 (s), что является вполне приемлемым для работы данного объектива совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений.Table 2 and figure 3 shows the frequency response for the lens (option 1). Table 2 shows the contrast transfer coefficients in relative units for the spatial frequencies assigned to the plane of the image intensifier tube, in the range from 0 to 50 mm -1 for a point on the axis and for points on the middle and edge of the field of view (for tilt angles of off-axis beams of 3 o and 6 o ). For off-axis image points, the contrast transfer coefficients are given for the meridional (M) and sagittal (S) sections. In Fig. 3, the abscissa axis represents the spatial frequencies assigned to the plane of the image intensifier tube, in mm -1 ; along the ordinate axis - the values of the contrast transfer coefficients, rel. units The frequency response curves are presented for a point on the axis (designation "0 o "), for points on the middle of the diameter of the image intensifier tube (designation "3 o ") and for points on the edge of the image intensifier photocathode (at the edge of the field of view) (designation "6 o ") as for the meridional (m) and sagittal sections (s). For comparison, figure 3 also shows the frequency response of the non-aberrational lens (the designation "diffr."). From the graphs of figure 3 and the data of table 2 it follows that the transmission coefficients of contrast at a frequency of 30 mm -1 on the axis are 0.76; at half the field of view 0.66 (m), 0.71 (s); at the edge of the field of view, 0.54 (m), 0.56 (s); at a frequency of 50 mm -1 and 0.62, respectively; 0.52 (m), 0.57 (s) and 0.36 (m), 0.36 (s), which is quite acceptable for the operation of this lens in conjunction with the image intensifier of 2, 2+ and 3rd generations.
В таблице 3 приведены конструктивные параметры объектива (вариант 2), имеющего фокycнoe расстояние f'= 80 мм, относительное отверстие D:f'=1:2, линейное поле в пространстве изображений (диаметр фотокатода) 2y'=18 мм, угловое поле в пространстве предметов 2ω = 12o. В таблице 3 приняты обозначения аналогично таблице 1, толщина пластинки 6 (см. фиг.1) указана для ЭОП типа ЭПМ52Г. Апертурная диафрагма совмещена с первой преломляющей поверхностью. Масса линз объектива составляет 153 г.Table 3 shows the design parameters of the lens (option 2) having a focal distance f '= 80 mm, a relative aperture D: f' = 1: 2, a linear field in the image space (photocathode diameter) 2y '= 18 mm, and the angular field in space of objects 2ω = 12 o . In table 3, designations are adopted similarly to table 1, the thickness of the plate 6 (see Fig. 1) is indicated for a tube type EPM52G. The aperture diaphragm is aligned with the first refracting surface. The mass of the lens is 153 g.
В таблице 4 и фиг.4 приведены ЧКХ для объектива (вариант 2). Обозначения в таблице 4 и на фиг.4 аналогичны таблице 2 и фиг.3. Из графиков фиг.4 и данных таблицы 4 следует, что коэффициенты передачи контраста на частоте 30 мм-1 на оси составляют 0,88; на половине поля зрения 0,87 (м), 0,88 (s); на краю поля зрения 0,69 (м), 0,77 (s); на частоте и 50 мм-1 соответственно 0,76; 0,74 (м), 0,77 (s) и 0,50 (м), 0,54 (s), что является вполне приемлемым для работы данного объектива совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений.Table 4 and figure 4 shows the frequency response for the lens (option 2). The designations in table 4 and figure 4 are similar to table 2 and figure 3. From the graphs of figure 4 and the data of table 4 it follows that the transmission coefficients of contrast at a frequency of 30 mm -1 on the axis are 0.88; at half the field of view, 0.87 (m), 0.88 (s); at the edge of the field of view 0.69 (m), 0.77 (s); at a frequency and 50 mm -1, respectively 0.76; 0.74 (m), 0.77 (s) and 0.50 (m), 0.54 (s), which is quite acceptable for the operation of this lens in conjunction with the image intensifier of 2, 2+ and 3rd generations.
В таблице 5 приведены конструктивные параметры объектива (вариант 3), имеющего фокусное расстояние f'=150 мм, относительное отверстие D:f'=1:2, линейное поле в пространстве изображений (диаметр фотокатода) 2у'=18 мм, угловое поле в пространстве предметов 2ω = 7o. В таблице 5 приняты обозначения аналогично таблице 1, толщина пластинки 6 (см. фиг.1) указана для ЭОП типа ЭПМ52Г. Апертурная диафрагма совмещена с третьей преломляющей поверхностью. Масса линз объектива составляет 870 г.Table 5 shows the design parameters of the lens (option 3) having a focal length f '= 150 mm, a relative aperture D: f' = 1: 2, a linear field in the image space (photocathode diameter) 2y '= 18 mm, and the angular field in space of objects 2ω = 7 o . In table 5, designations are adopted similarly to table 1, the thickness of the plate 6 (see Fig. 1) is indicated for a tube type EPM52G. The aperture diaphragm is aligned with the third refracting surface. The mass of the lens is 870 g.
В таблице 6 и на фиг.5 приведены ЧКХ для объектива (вариант 3). Обозначения в таблице 6 на фиг.5 аналогичны таблице 2 и фиг.3. Из графиков фиг.5 и данных таблицы 6 следует, что коэффициенты передачи контраста на частоте 30 мм-1 на оси составляют 0,72; на половине поля зрения 0,69 (м), 0,72 (s); на краю поля зрения 0,58 (м), 0,63 (s); на частоте и 50 мм-1 соответственно 0,46; 0,50 (м), 0,46 (s) и 0,36 (м), 0,40 (s), что является вполне приемлемым для работы данного объектива совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений.Table 6 and figure 5 shows the frequency response for the lens (option 3). The designations in table 6 in figure 5 are similar to table 2 and figure 3. From the graphs of figure 5 and the data of table 6 it follows that the transmission coefficients of contrast at a frequency of 30 mm -1 on the axis are 0.72; at half the field of view 0.69 (m), 0.72 (s); at the edge of the field of view, 0.58 (m), 0.63 (s); at a frequency of 50 mm -1 and 0.46, respectively; 0.50 (m), 0.46 (s) and 0.36 (m), 0.40 (s), which is quite acceptable for the operation of this lens in conjunction with the image intensifier of 2, 2+ and 3rd generations.
Все варианты рассчитаны для работы совместно с ЭОП 2+ и 3-го поколений, спектральная чувствительность которых определила область ахроматизации объектива. В качестве основной принята длина волны 0,78 мкм, в качестве дополнительных - 0,68 и 0,88 мкм. Спектральная эффективность для всех длин волн принята равной 1, что позволяет обеспечить требуемое качество изображения как в пассивном, так и в активно-импульсном режимах при работе с монохроматической подсветкой. Снижение относительного отверстия объектива до 1:2 (варианты 2 и 3) оправдано в тех случаях, когда массогабаритные характеристики ПНВ чрезвычайно важны, например, при работе с рук, а также при использовании активно-импульсного режима ПНВ, в котором уменьшение светосилы объектива может компенсироваться увеличением мощности излучения лазера (Волков В.Г., Бабинцев В.Ф., Кощавцев Н.Ф. Оптические системы приемной части активно-импульсных оптико-электронных приборов наблюдения //Вопросы оборонной техники. Серия 11. Вып.1-2 (140-141) Москва, 1994. - с. 23). All options are designed to work together with 2+ and 3rd generation image intensifiers, the spectral sensitivity of which determined the area of achromatization of the lens. The wavelength of 0.78 μm was adopted as the main one, and 0.68 and 0.88 μm as the additional ones. The spectral efficiency for all wavelengths is taken to be 1, which allows us to provide the required image quality in both passive and active-pulse modes when working with monochromatic illumination. Reducing the relative aperture of the lens to 1: 2 (
Как видно из конкретных примеров расчета, оптическая схема объектива остается неизменной при расчете по ней объективов с различными фокусными расстояниями и относительными отверстиями в диапазоне 1:1,5-1:2, что свидетельствует о том, что предложенная совокупность отличительных признаков в сравнении с прототипом является устойчивой и позволяет обеспечить более высокие технические характеристики линзового объектива ПНВ - повысить коэффициент передачи контраста на рабочих пространственных частотах в пределах поля зрения, соответствующего диаметрам ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений. Кроме того, предлагаемый линзовый объектив может быть использован без изменения конструктивных параметров линз объектива с различными моделями ЭОП, отличающимися толщиной входного окна, служащего подложкой для фотокатода, путем введения в систему объектива сменной плоскопараллельной пластинки. As can be seen from specific calculation examples, the optical scheme of the lens remains unchanged when calculating lenses with different focal lengths and relative apertures in the range 1: 1.5-1: 2, which indicates that the proposed set of distinctive features in comparison with the prototype It is stable and allows to provide higher technical characteristics of the NVD lens - to increase the transmission coefficient of contrast at working spatial frequencies within the field of view, corresponding to on the diameters of the image intensifier tubes of 2, 2+ and 3rd generations. In addition, the proposed lens can be used without changing the design parameters of the lenses of the lens with various models of image intensifiers that differ in the thickness of the input window serving as a substrate for the photocathode by introducing an interchangeable plane-parallel plate into the lens system.
Предлагаемый объектив может быть использован совместно с ЭОП 2, 2+ и 3-го поколений как в пассивных, так и в активно-импульсных ПНВ, включая прицелы, для решения задач обнаружения, опознавания объектов наблюдения и прицеливания при пониженной освещенности. The proposed lens can be used in conjunction with 2, 2+ and 3rd generation image intensifiers in both passive and active-pulse NVDs, including sights, to solve problems of detection, recognition of objects of observation and aiming at low light.
Литература
1. Волков В.Г., Бабинцев В.Ф., Кощавцев Н.Ф. Оптические системы приемной части активно-импульсных оптико-электронных приборов наблюдения //Вопросы оборонной техники. Серия 11. Вып.1-2 (140-141) Москва, 1994.Literature
1. Volkov V.G., Babintsev V.F., Koshchavtsev N.F. Optical systems of the receiving part of active-pulse optoelectronic surveillance devices // Questions of defense technology.
2. Патент России 2105333, 1998. 2. Patent of Russia 2105333, 1998.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002107187A RU2218585C1 (en) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | Objective lens of night vision device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002107187A RU2218585C1 (en) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | Objective lens of night vision device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2218585C1 true RU2218585C1 (en) | 2003-12-10 |
| RU2002107187A RU2002107187A (en) | 2004-04-27 |
Family
ID=32066169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002107187A RU2218585C1 (en) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | Objective lens of night vision device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2218585C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631538C1 (en) * | 2016-05-23 | 2017-09-25 | Акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова" | Objective lens for closer ir-spectrum |
-
2002
- 2002-03-20 RU RU2002107187A patent/RU2218585C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631538C1 (en) * | 2016-05-23 | 2017-09-25 | Акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова" | Objective lens for closer ir-spectrum |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7106529B2 (en) | Flat wide-angle lens system | |
| CN113504654A (en) | Near-to-eye display optical system | |
| RU2443005C2 (en) | Catadioptric telescope | |
| RU192789U1 (en) | FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS | |
| RU2218585C1 (en) | Objective lens of night vision device | |
| US7154683B1 (en) | Five-element optical device | |
| US2327947A (en) | Optical objective | |
| RU2385476C1 (en) | Projection high-aperture telecentric lens | |
| JP6666592B2 (en) | Observation optical system | |
| CN108345095A (en) | Wide-width low-stray-light all-time star tracker optical structure | |
| CN210072199U (en) | Eyepiece of handheld infrared observation appearance of non-refrigeration type | |
| WO2020235145A1 (en) | Ultraviolet optical system and light distribution measuring apparatus | |
| RU2652660C1 (en) | Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil | |
| RU2415451C1 (en) | Reflector lens | |
| RU2360269C1 (en) | Objective for night vision device | |
| US10890754B2 (en) | Observation optical system | |
| RU2798769C1 (en) | Mirror-lens telescope lens for a micro-class spacecraft | |
| RU2157556C1 (en) | Sight with variable magnification | |
| CN104749752B (en) | A kind of wide visual field high-resolution projection objective | |
| RU2239855C2 (en) | Lens objective | |
| RU2504808C1 (en) | Objective lens for night vision device | |
| RU2784320C1 (en) | Apochromat lens | |
| CN216285973U (en) | Near-to-eye display optical system | |
| RU2174695C1 (en) | High-speed lens for near-infrared region of spectrum | |
| CN218213627U (en) | Industrial lens and optical detection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090321 |