[发明专利]用于头戴类微光夜视仪的轻量化物镜光学系统

说明书

本发明公开了一种用于头戴类微光夜视仪的轻量化物镜光学系统，沿光轴从入射光方向至像面由四组透镜组成，第一组透镜由具有正屈光度的物镜第一透镜组成；第二组透镜由一片双凸正屈光度的物镜第二透镜和一片双凹负屈光度的物镜第三透镜组成的胶合透镜组成；第三组透镜由具有正屈光度的单片非球面物镜或者由两片分离透镜组成；第四组透镜由具有负屈光度的单片透镜组成。在夜间使用该光学系统制作的微光物镜将目标及场景图像成像至微光像增强器像面，可得到清晰的夜间目标和场景图像。本发明公开的物镜光学系统包含了非球面物镜，具有成像质量好、结构简单、重量轻、工艺性好等优点，光学系统像差得到了良好的校正。

技术领域

本发明涉及一种基于非球面设计的适用于微光夜视仪的高性能轻量化物镜光学系统，特别是一种用于头戴类微光夜视仪的轻量化物镜光学系统。

背景技术

人眼是一种高精度的光学系统，但是人眼的光谱敏感范围不大，分辨能力也有限。随着光强不断减弱，人眼的识别能力也逐渐变差，最终无法辨识物体。在夜间，光谱范围和光强两个因素限制了人眼的分辨能力，微光夜视仪突破上述限制，帮助人在夜间微光条件下观察物体。

现今微光夜视技术已经是成熟的高新技术，微光夜视仪是发达国家生产量、装备量最大的夜视设备。随着微光夜视的需求不断增加，相应的需要不断加强微光器件和光学结构的技术改进，使其具备更高的灵敏度、分辨率，更长的作用距离，更大的视场。

头盔式微光夜视仪是微光夜视仪的一种常见类型，与一般夜视仪不同的是，使用者需要将其佩戴在头部，因此必须通过改进设计来减轻重量，减少使用者的负担。大部分传统夜视仪采用球面设计，为校正相对孔径较大带来的各种像差，结构相对复杂，镜片数量较多，因此重量较重。改进的方法主要有使用光学衍射元件，非球面，衍射元件和非球面混合设计等。这些方法除了可以实现传统光学元件的功能，还可以实现色差校正，消热差等特殊功能，增加了光学设计的自由度，在改善像质，减小体积、重量方面有着独特优势。

光学衍射元件有着优异的性能，但是对于加工制造有较高要求，加工、装配导致的误差也对其性能有较大影响，因此在实际应用中实现难度较高，生产制造成本也较高。得益于国内加工、检测技术的进步，非球面的制造难度降低，在光学设计中引入非球面，可以扩展设计自由度，更加高效的校正像差，从而在满足光学性能要求的前提下减少镜片质量，简化整体结构，达到减小体积，减轻重量的目的。

目前微光夜视仪物镜大多为7-10片的双高斯物镜，如专利CN107991767B《轻型微光夜视仪光学系统》采用了四组8片的设计。专利CN02268250.3《微光夜视瞄准镜物镜》物镜采用6组8片式，为了使微光夜视仪重量轻，体积小，需要设计一种使用非球面技术的4组5片结构的物镜，在保证光学性能的同时简化结构，提升微光夜视仪性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

针对当前采用传统球面透镜设计的头戴类微光夜视仪物镜通常采用7-8片的双高斯形式物镜，且受体积尺寸限制，存在像差较难得到校正、重量较重等问题，如何解决在保证图像质量的前提下，有效降低体积及重量。

本发明的技术方案是：

为了解决上述技术问题，本发明针对头戴类微光夜视仪的使用要求，采用环保材料和非球面元件，在保证图像质量的前提下，降低系统体积重量。设计的物镜焦距为24.74mm，相对孔径1:1.2，采用4组5片或者4组6片的形式，物镜轴上传递函数达到0.7@40lp/mm以上，光学系统总长不大于35mm，光学元件重量不大于17g。

具体的，本发明的技术方案可以是采用4组5片或者采用4组6片的技术方案。

(1)采用4组5片的技术方案为：