頭盔式單目微光夜視儀中光學系統的設計

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頭盔式單目微光夜視儀是一種裝在步兵或傘兵頭盔上的夜視系統。它能夠幫助作戰人員在低照度的夜間發現目標、觀察目標,從而在夜間作戰、偵察、指揮、炮瞄等方面發揮作用,是現代戰爭中不可缺少的裝備。

 

傳統的微光夜視系統大多采用球面設計。在設計過程中隨著光學鏡頭視場和相對孔徑的增大,各種像差的校正也更加困難。如果光學鏡頭全部采用球面,那么在滿足成像質量的情況下,就必須采用更多的鏡片和更加復雜的結構型式,這將導致光學系統體積增大,質量增加。而非球面的面形系數是由多個自由變量決定的,有更大的自由度,校正像差更加方便。因此,在光學系統設計中采用非球面透鏡可在保證成像質量的前提下,減少透鏡片數簡化結構。近年來隨著光學加工工藝和光學檢測技術的提高,以及計算機在光學設計方面的應用,使非球面的計算變得比較容易,所以在光學系統設計中可以適當使用非球面。

鑒于此,我們在設計微光夜視儀光學系統時,在保證光學系統光學性能和像質的前提下,采用非球面透鏡可達到使系統結構簡化、體積縮小、質量減小的目的。

1.微光夜視儀的原理

微光夜視儀主要由微光光學系統%包括物鏡#目鏡&,微光像增強器和驅動電路’部分組成。其工作原理如圖$所示。由目標反射的夜天空自然光進入光學系統物鏡后,在像增強器的光陰極面上成像,像增強器對目標像進行光電轉換#電子成像和亮度增強,并在熒光屏上顯示增強的目標圖像,人眼可通過目鏡觀察。

  

 

                             

2.微光夜視儀光學系統的設計

 

微光夜視儀中光學系統的設計包括物鏡和目鏡系統的設計。設計要求如下:

 

1)在照度為時1x10-3lx,對直立人的探測距離為250m,識別距離為150m;

2)環境溫度為-30℃~+50℃

3)整機體積小、質量小。

2.1光學系統技術參數的確定

2.1.1微光夜視儀的放大率

放大率是儀器系統的一個重要技術指標,它取決于作戰人員需要觀察的目標距離和區域場景。一般情況下,微光夜視儀的放大率越大!觀察的距離就越遠!但是觀察的視場就越小。視場太小對作戰人員來說很不利。作戰人員希望通過微光夜視儀觀察到的目標與沒有使用儀器時看到的一樣真實。因此,一般情況下系統放大率選擇1x

2.1.2.物鏡技術參數的計算

物鏡的作用是把自然微光照射下的目標成像在位于焦平面的像增強器的光陰極面上。在夜視系統中光學鏡頭設計是否合理,將對微光夜視儀成像質量起決定作用。物鏡的焦距、有效口徑、視場和相對孔徑都是光學系統設計時所需的主要參數。下面我們對物鏡的主要參數進行計算。

 

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