一种夜视观察仪光学系统论文和设计-李小龙

全文摘要

本实用新型公开了一种夜视观察仪光学系统,包括物镜组和目镜组,在物镜组与目镜组之间设置有CMOS传感器、视频处理电路和显示屏;CMOS传感器与视频处理电路电性连接,视频处理电路与显示屏电性连接;物镜组的物镜焦距f′在41~43mm之间,视场为11.5°,相对孔径D\/f≥1\/1.37,传递函数MTF:轴上空间频率为40lp\/mm≥0.62,轴外空间频率为40lp\/mm≥0.40,物镜组的物镜口径为30.00~31.00mm之间。本实用新型解决了传统数码夜视仪存在的问题,可以让夜视仪在白天和夜间都有较好的成像质量。

主设计要求

1.一种夜视观察仪光学系统,其特征在于,包括:物镜组(1)和目镜组(5),在所述物镜组(1)与目镜组(5)之间设置有CMOS传感器(2)、视频处理电路(3)和显示屏(4);所述CMOS传感器(2)与视频处理电路(3)电性连接,所述视频处理电路(3)与显示屏(4)电性连接;所述物镜组(1)的物镜焦距f′在41~43mm之间,视场为11.5°,相对孔径D\/f≥1\/1.37,传递函数MTF:轴上(空间频率为40lp\/mm)≥0.62,轴外(空间频率为40lp\/mm)≥0.40,所述物镜组(1)的物镜口径为30.00~31.00mm之间。

设计方案

1.一种夜视观察仪光学系统,其特征在于,包括:

物镜组(1)和目镜组(5),在所述物镜组(1)与目镜组(5)之间设置有CMOS传感器(2)、视频处理电路(3)和显示屏(4);所述CMOS传感器(2)与视频处理电路(3)电性连接,所述视频处理电路(3)与显示屏(4)电性连接;

所述物镜组(1)的物镜焦距f′在41~43mm之间,视场为11.5°,相对孔径D\/f≥1\/1.37,传递函数MTF:轴上(空间频率为40lp\/mm)≥0.62,轴外(空间频率为40lp\/mm)≥0.40,

所述物镜组(1)的物镜口径为30.00~31.00mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种夜视观察仪光学系统,其特征在于,所述物镜组(1)的物镜焦距f′为42mm。

3.根据权利要求1所述的一种夜视观察仪光学系统,其特征在于,所述物镜组(1)的物镜口径为30.64mm。

4.根据权利要求1所述的一种夜视观察仪光学系统,其特征在于,所述显示屏(4)包括LCD显示屏。

5.根据权利要求1所述的一种夜视观察仪光学系统,其特征在于,所述显示屏(4)包括LED显示屏。

6.一种夜视观察仪,其特征在于,采用如上任一项所述的夜视观察仪光学系统。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及夜视仪技术领域,更为具体地,涉及一种夜视观察仪光学系统。

背景技术

随着夜视仪在国防,军事,公共安全方面的大量使用,也随着人们生活水平的提高,户外夜间活动量的增大,夜视仪的使用范围和销售量越来越大。但在现有的夜视仪产品中真正观察效果好的夜视仪并不多见,究其主要原因是光学系统设计不佳造成的。大部分生产厂家是采用传统望远镜的光学系统来设计,殊不知夜视光学系统和望远镜的光学系统由于使用场景不同,所面临的光波段不同,因而设计方法有较大不同。

数码夜视仪主要由光学系统(包括物镜、目镜),低照度传感器电路,视频图象存储,视频信号显示部分组成。在暗环境下,由目标反射的夜空自然光进入光学系统物镜后,在低照度CMOS传感器上成像,决定夜视仪观察效果的因素主要由光学物镜,图象传感器等两大部分组成,其中物镜设计占比重较大。在夜间太阳光消失后留在大地上的光主要是天空星星月亮的反射光,地球上各种物体的自发红外光,城市各种波段的反射光等,这些光的波段分布,光线强弱是变化无常的,要想在夜间用夜视仪观察并辨析物体就必须尽可能的收集各种光源,让它们通过物镜集中到图象传感器上成像。由于光波段复杂,光能量微弱等条件限制,设计好夜视物镜系统是一件困难的事。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种夜视观察仪光学系统,解决了传统数码夜视仪存在的问题,可以让夜视仪在白天和夜间都有较好的成像质量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:

一种夜视观察仪光学系统,包括:

物镜组和目镜组,在所述物镜组与目镜组之间设置有CMOS传感器、视频处理电路和显示屏;所述CMOS传感器与视频处理电路电性连接,所述视频处理电路与显示屏电性连接;

所述物镜组的物镜焦距f′在41~43mm之间,视场为11.5°,相对孔径D\/f≥1\/1.37,传递函数MTF:轴上空间频率为40lp\/mm≥0.62,轴外空间频率为40lp\/mm≥0.40,

所述物镜组的物镜口径为30.00~31.00mm之间。

进一步的,所述物镜组的物镜焦距f′为42mm。

进一步的,所述物镜组的物镜口径为30.64mm。

进一步的,所述显示屏包括LCD显示屏。

进一步的,所述显示屏包括LED显示屏。

一种夜视观察仪,采用如上任一项所述的夜视观察仪光学系统。

本实用新型的有益效果是:

(1)本实用新型通过物镜组和目镜组,在物镜组与目镜组之间设置有CMOS传感器、视频处理电路和显示屏等,解决了传统数码夜视仪存在的问题,可以让夜视仪在白天和夜间都有较好的成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图中,1-物镜组,2-CMOS传感器,3-视频处理电路,4-显示屏,5-目镜组。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案,但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将详细描述本实用新型的具体实施例,应当注意,这里描述的实施例只用于举例说明,并不用于限制本实用新型。在以下描述中,为了提供对本实用新型的透彻理解,阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中,为了避免混淆本实用新型,未具体描述公知的电路等。

如图1所示,一种夜视观察仪光学系统,包括:

物镜组1和目镜组5,在所述物镜组1与目镜组5之间设置有CMOS传感器2、视频处理电路3和显示屏4;所述CMOS传感器2与视频处理电路3电性连接,所述视频处理电路3与显示屏4电性连接;

所述物镜组1的物镜焦距f′在41~43mm之间,视场为11.5°,相对孔径D\/f≥1\/1.37,传递函数MTF:轴上空间频率为40lp\/mm≥0.62,轴外空间频率为40lp\/mm≥0.40,

所述物镜组1的物镜口径为30.00~31.00mm之间。

进一步的,所述物镜组1的物镜焦距f′为42mm。

进一步的,所述物镜组1的物镜口径为30.64mm。

进一步的,所述显示屏4包括LCD显示屏。

进一步的,所述显示屏4包括LED显示屏。

一种夜视观察仪,采用如上任一项所述的夜视观察仪光学系统。

实施例一

如图1所示,一种夜视观察仪光学系统,设置有物镜组1和目镜组5,在物镜组1与目镜组5之间设置有CMOS传感器2、视频处理电路3和显示屏4;CMOS传感器2与视频处理电路3电性连接,视频处理电路3与显示屏4电性连接;物镜组1的物镜焦距f′在41~43mm之间,视场为11.5°,相对孔径D\/f≥1\/1.37,传递函数MTF:轴上空间频率为40lp\/mm≥0.62,轴外空间频率为40lp\/mm≥0.40,物镜组1的物镜口径为30.00~31.00mm之间。

在本实施例中,本实施例主要以设计物镜系统。设计要求如下:

1)在照度为1×10-3<\/sup>lx时,对直立人的探测距离为250m,识别距离为150m;

2)环境温度为-30℃~+50℃;

3)整机体积小、质量小。

1.1光学参数的选择

放大率是仪器系统的一个重要技术指标,它取决于使用人员需要观察的目标距离和区域场景。此处我们设光学放大倍数为3X

1.2物镜技术参数的计算

物镜的作用是把自然微光照射下的目标成像在位于CMOS传感器焦平面上。物镜的焦距、有效口径、视场和相对孔径都是光学系统设计时所需的主要参数。下面我们对物镜的主要参数进行计算

一、物镜口径计算

根据探测方程公式:分辨率为:

得到物镜口径:

其中,D=物镜的有效孔径

M=物镜的传递函数=0.7

C=物镜的调制度=0.35

其它参数的设置参考探测器参数取值

τ为物镜透过率,取τ=0.8

ρ为目标背景的平均反射率,ρ=(ρ1+ρ2)\/2,取0.27

E为夜间天空照度,取E=1×10-3lx

K为阈值信噪比,即人眼分辨目标所需的最小信噪比,与要求发现目标的概率程度和目标形状有关,取K=2.2

e为电子电荷量,e=1.6×10-19C

t为积累时间,取值0.2S

s为探测器灵敏度,取s=0.0006

α2为光子噪声所限制的分辨率

α2=A\/L(1\/γ识别-1\/γ最佳)1\/2

已知α2=(α识别^2-α最佳^2)1\/2

对于夜视系统来说,分辨率=目标临界尺寸\/(目标的空间频率×视距)

α=A\/(γ*L)

γ识别=4

γ最佳=15

根据设计要求,在1×10-3lx照度时,对直立的人的识别距离为L=200m,临界尺寸A=1.7m

α识别=1.7\/(200x4)=2.125m rad

α最佳1.7\/(200x15)=0.567m rad

α2=(2.1252-0.5672)1\/2=2.05m rad

所以,D=30.64mm

二、物镜焦距(f′)的计算

由探测器分辨率α1=1\/(γ*f′物)

得到:

f′物=1\/(γ*α1)

γ表示探测器的空间频率,取γ=42。

将α1=A\/(γ最佳*L)代入

f′物=(15×200)\/(42×1.7)≈42mm

三、视场(ω)的计算

选取探测器为1\/3\

设计图

一种夜视观察仪光学系统论文和设计

相关信息详情

申请码:申请号:CN201822269118.0

申请日:2018-12-29

公开号:公开日:国家:CN

国家/省市:53(云南)

授权编号:CN209265070U

授权时间:20190816

主分类号:G02B 23/12

专利分类号:G02B23/12

范畴分类:30A;

申请人:昆明腾融光电科技有限公司

第一申请人:昆明腾融光电科技有限公司

申请人地址:650101 云南省昆明市高新区昌源中路M1-1-6

发明人:李小龙

第一发明人:李小龙

当前权利人:昆明腾融光电科技有限公司

代理人:郑自群

代理机构:11411

代理机构编号:北京联瑞联丰知识产权代理事务所(普通合伙)

优先权:关键词:当前状态:审核中

类型名称:外观设计

标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

一种夜视观察仪光学系统论文和设计-李小龙
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