Объектив для приборов ночного видения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ(71) Заявитель Иностранное частное производственное унитарное предприятие Белтекс Оптик компании Сайбир Оптикс(72) Автор Шишкин Игорь Петрович(73) Патентообладатель Иностранное частное производственное унитарное предприятие Белтекс Оптик компании Сайбир Оптикс(57) Объектив для приборов ночного видения, содержащий установленные по ходу луча четыре компонента, первый из которых выполнен в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству предметов, а второй - в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, обращенной выпуклостью к пространству предметов, отличающийся тем, что третий компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, а четвертый - в виде симметричной двояковогнутой линзы. Фиг. 1 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 правоохрани 11575 1 2009.02.28 тельной 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 2218585, МПК 02 В 13/14, 9/60, 2003, содержащий установленные по ходу луча положительную двухлинзовую склейку, положительный одиночный мениск, отрицательную двухлинзовую склейку и два мениска, обращенных выпуклостями друг к другу. 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. 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. 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 линзы, 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 2 276 799, МПК 02 В 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 2218585. Таким образом, задачей изобретения является создание объектива для приборов ночного видения, который обеспечивает высокое качество изображения при совместной работе с ЭОПами нулевого поколения, имеющими катод сферической формы, и который имеет при этом малое количество элементов. 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. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена оптическая схема линзового объектива прибора ночного видения,на фиг. 2 - график частотно-контрастной характеристики (ЧКХ),2 11575 1 2009.02.28 на фиг. 3 - графики лучевых аберраций, при этом на фиг. 3 а даны графики лучевых аберраций для осевого пучка лучей (0), а на фиг. 3 б и 3 в - для внеосевых пучков лучей двух наклонов (4,5 и 6,5 соответственно). на фиг. 4 - график кривизны и астигматизма,на фиг. 5 - график дисторсии,на фиг. 6 - график продольного хроматизма. 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 линзы, 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. Оптические силы элементов объектива связаны следующими соотношениями 1(0,20,4)0 2(0,30,6)0 3-(0,71,4)0 4-(36)0,где 0 - оптическая сила объектива,1, 2, 3, 4 - оптические силы элементов объектива. Оптические силы линз второго элемента 2 объектива связаны следующими соотношениями 21(1,54)2 22-(1,53,5)2,где 2 - оптическая сила второго элемента 2 объектива,21, 22 - оптические силы линз второго элемента 2 объектива. При этом радиусы кривизны поверхности третьего элемента 3, обращенной к четвертому элементу 4, и поверхностей четвертого элемента 4 находятся в следующей зависимости 7-89. 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. В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан вариант объектива для фокусного расстояния 70 мм и входной апертуры 50 мм, конструктивные параметры которого приведены в таблице. Поверхность Объектив имеет угловое поле зрения 213, относительное отверстие 11,4, и высокое качество изображения, что подтверждается графиками, представленными на фиг. 2-6. На всех упомянутых графиках кривые представлены для 4-х 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 3 11575 1 2009.02.28 штрихпунктирной линией. Диапазон шкал по осям ординат соответствует входящему диаметру объектива. Как видно из графиков, объектив, выполненный в соответствии с изобретением, характеризуется следующими параметрами хроматическая аберрация не превышает 0,02 мм во всем диапазоне спектра и поля зрения (фиг. 6),сферическая аберрация на зоне зрачка 0,7070,025 мм (фиг. 3),меридиональная кривизна Х 0,05 мм (фиг. 4),сагиттальная кривизна Х 0,05 мм (фиг. 4),дисторсия 0,3(фиг. 5). Полихроматический коэффициент передачи модуляции (КПМ) в изображении синусоидальной миры абсолютного контраста на пространственной частоте 40 мм-1(фиг. 2) в спектральном интервале длин волн от 486 до 852 нм составляет для осевой точки предмета - от 0,3 до 0,4 для края поля меридиональное сечение - от 0,17 до 0,2,сагиттальное сечение - от 0,17 до 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. 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). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5