一种超轻型数字化瞄具光学系统的制作方法

1.本发明专利属于光学仪器技术领域，具体涉及一种超轻型数字化瞄具的光学系统。


背景技术：

2.数字化瞄具是一款集中了光学、电子、软件等技术于一体的观瞄装备。随着科学研究的发展和军事技术需求的增加，对应用于军用观瞄光电系统提出了越来越高的要求。然而现有的瞄具系统结构复杂，体积大，重量高，并且出瞳距离较短，一般为20～30mm，不宜于观察者快速搜索、识别目标，已经不能满足使用要求。


技术实现要素：

3.为了克服现有瞄具系统的不足，本发明的目的是提供一种超轻型数字化瞄具光学系统。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种超轻型数字化瞄具光学系统，采用物镜组、cmos图像传感器、oled显示器、以及目镜组的组织架构，其特征在于，所述物镜组包括物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3和物镜第四透镜4；所述物镜第三透镜3为非球面元件，物镜第三透镜3的第1面为球面，曲率半径为21.78，第2面为非球面；所述目镜组包括目镜第一透镜7和目镜第二透镜8，所述目镜第二透镜8的两个面均为非球面；所述物镜第一透镜1的前表面及目镜第二透镜8的后表面镀制导电膜，光学件的其余表面均镀制增透膜。
5.进一步地，所述物镜组的光学参数如下：焦距为86mm，视场不小于8.8
°×
6.6
°
，f#为1.2，光学总长125mm，重量不大于200g；所述目镜组的光学参数如下：焦距为22.5mm，出瞳直径不小于5mm，出瞳距离不小于为60mm，光学总长为33.9mm，重量不大于50g。
6.进一步地，所述物镜第一透镜1的曲率半径分别为73.68及430.42，中心厚为10.1mm，材料为冕牌玻璃，光焦度为正。
7.进一步地，所述物镜第二透镜2为胶合元件，曲率半径分别为37.39、
‑
102.75及76.22，中心厚分别为10.3mm及1.3mm，材料分别为火石玻璃和冕牌玻璃，光焦度为正和负。
8.进一步地，所述物镜第三透镜3的第2面的非球面参数为：r=
‑
98.62、k=0.7196573、a=7.486403e
‑
008、b=
‑
3.5854772e
‑
012、c=4.2791589e
‑
016、d=1.6011961e
‑
019；中心厚为7mm,材料为d
‑
zk3,光焦度为正。
9.进一步地，所述物镜第四透镜4为双凹透镜，曲率半径分别为
‑
21.54及31.98，中心厚为2mm，材料为火石玻璃，光焦度为负。
10.进一步地，所述物镜组中各光学元件之间的间隔分别为44.45mm、39.64mm和3.88mm，后截距为6.33mm。
11.进一步地，所述目镜第一透镜7为胶合元件，曲率半径分别为
‑
177.07、
‑
18.19及
‑
46.43，中心厚分别为9mm及2.5mm，材料均为火石玻璃，光焦度为正和负。
12.进一步地，所述目镜第二透镜8的第1面的非球面参数为：r=143.35、k=6.736111、a=
‑
1.1315436e
‑
005、b=2.4497096e
‑
009、c=
‑
3.5379367e
‑
011、d=1.6043689e
‑
013；所述目镜第二透镜8的第2面的非球面参数为：r=
‑
27.9、k=0、a=
‑
1.0249345e
‑
005、b=1.9606188e
‑
009、c=2.0532369e
‑
011、d=7.811632e
‑
014；中心厚为9.5mm,材料为石英,光焦度为正。
13.进一步地，所述目镜组中各光学元件之间的间隔分别为0.5mm，后截距为14mm。
14.所述cmos图像传感器感光面尺寸为1吋，像素数1024
×
768，像元大小13μm
×
13μm，同时也适用于800
×
600@18μm、1280
×
1024@9.7μm、800
×
600@8μm、1920
×
1080@13μm等不同规格的cmos传感器。
15.所述oled显示器感光面尺寸为0.71吋，像素数1440
×
1080，像元大小8.24μm
×
8.24μm，也可适用于0.61吋，像素数为800
×
600，像元大小为15μm。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：（1）物镜组采用非球面设计，与传统玻璃球面系统来比，其重量可减少75%，实现轻量化，提高瞄具的零位稳定性。
17.（2）目镜组采用单
‑
双结构，选择高折射低色散的玻璃材料，并引入非球面，实现放大倍率11倍，出瞳距离不小于60mm，出瞳直径不小于5mm。
18.（3）数字化瞄具可通用于多款cmos图像传感器和oled显示器，适配性强。
19.（4）光学系统尺寸布局及公差合理，单个光学零件公差冗余较大，光学零件间的间隔允差均达到了
±
0.1mm，有利于光学零件的大批量生产和瞄具的结构设计与总体布局。
附图说明
20.图1是本发明数字化瞄具光学系统示意图；图2是本发明物镜组光学系统mtf曲线；图3是本发明物镜组光学系统弥散斑分布图；图4是本发明物镜光学系统像散畸变曲线；图5是本发明目镜组光学系统mtf曲线；图6是本发明目镜组光学系统弥散斑分布图；图7是本发明目镜光学系统像散畸变曲线；图1中的标记为：1、物镜第一透镜，2、物镜第二透镜，3、物镜第三透镜，4、物镜第四透镜，5、cmos图像传感器，6、oled显示器，7、目镜第一透镜，8、目镜第二透镜。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明作以下具体的详细说明。
22.如图1所示，本实施例的一种超轻型数字化瞄具光学系统，采用物镜组+cmos图像传感器+oled显示器+目镜组的组织架构，技术设计成熟可靠，景物通过物镜组生成的光学图像投射到cmos图像传感器上，通过图像处理板进行视频生成及处理后传递给oled显示器，然后通过oled显示器显示成像，人眼再通过目镜组进行观察。
23.本实施例中，物镜组包括物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3、物镜第四透镜4；物镜第一透镜1的曲率半径分别为73.68及430.42，中心厚为10.1mm，材料为冕牌
玻璃，光焦度为正；物镜第二透镜2为胶合元件，曲率半径分别为37.39、
‑
102.75及76.22，中心厚分别为10.3mm及1.3mm，材料分别为火石玻璃和冕牌玻璃，光焦度为正和负；物镜第三透镜3为非球面元件，第1面为球面，曲率半径为21.78；第2面为非球面，其非球面参数为：r=
‑
98.62、k=0.7196573、a=7.486403e
‑
008、b=
‑
3.5854772e
‑
012、c=4.2791589e
‑
016、d=1.6011961e
‑
019；中心厚为7mm,材料为d
‑
zk3,光焦度为正；物镜第四透镜4为双凹透镜，曲率半径分别为
‑
21.54及31.98，中心厚为2mm，材料为火石玻璃，光焦度为负。
24.物镜组中各光学元件之间的间隔分别为44.45mm、39.64mm和3.88mm，后截距为6.33mm；物镜光学系统公差分析后，物镜组成像质量较好，透镜加工工艺好，光学元件布置合理，光学间隔允差
±
0.1mm，有利于物镜结构的设计。
25.cmos图像传感器感光面尺寸为1吋，像素数1024
×
768，像元大小13μm
×
13μm，同时也适用于800
×
600@18μm、1280
×
1024@9.7μm、800
×
600@8μm、1920
×
1080@13μm等不同规格的cmos传感器。
26.物镜组通过引入非球面，在校正像差的同时实现结构简化、尺寸微化，与采用传统玻璃球面系统相比，物镜组的重量可减少75%。同时采用1吋的大靶面成像器件，极大地增大镜头的视场，提高搜索、识别目标的能力。物镜组的光学参数如下：焦距为86mm，视场不小于8.8
°×
6.6
°
，f#为1.2，光学总长125mm，重量不大于200g。
27.本实施例中，目镜组包括目镜第一透镜7、目镜第二透镜8；目镜第一透镜7为胶合元件，曲率半径分别为
‑
177.07、
‑
18.19及
‑
46.43，中心厚分别为9mm及2.5mm，材料均为火石玻璃，光焦度为正和负；目镜第二透镜8的两个面均为非球面，第1面的非球面参数为：r=143.35、k=6.736111、a=
‑
1.1315436e
‑
005、b=2.4497096e
‑
009、c=
‑
3.5379367e
‑
011、d=1.6043689e
‑
013；第2面的非球面参数为：r=
‑
27.9、k=0、a=
‑
1.0249345e
‑
005、b=1.9606188e
‑
009、c=2.0532369e
‑
011、d=7.811632e
‑
014；中心厚为9.5mm,材料为石英,光焦度为正；目镜组中各光学元件之间的间隔分别为0.5mm，后截距为14mm；目镜光学系统公差分析后，目镜组成像质量较好，没有敏感尺寸，透镜加工工艺好。
28.oled显示器感光面尺寸为0.71吋，像素数1440
×
1080，像元大小8.24μm
×
8.24μm，也可适用于0.61吋，像素数为800
×
600，像元大小为15μm。
29.目镜组采用单
‑
双结构，通过增加非球面透镜，在提高目镜光学系统成像质量的同时，极大地增加了目镜的出瞳距离及出瞳直径，防止射击时目镜撞到头部，可安装加戴防毒面具的仪器，提高光学系统的稳定性和实用性。目镜组的光学参数如下：焦距为22.5mm，出瞳直径不小于5mm，出瞳距离不小于为60mm，光学总长为33.9mm，重量不大于50g。
30.本实施例中，物镜第一透镜1的前表面及目镜第二透镜8后表面镀制导电膜，以作为电磁屏蔽，镀制的膜层透过率为95%。同时为了保证系统具有较大的通光量，光学件其余表面均镀制增透膜，保证在400nm～1100nm的宽光谱范围内透过率达到99%，可使物镜组和目镜组的透过率均可达到88%以上，有利于提高可疑目标的识别距离，尤其是在夜间低照度复杂环境下的可大幅提升可疑目标的识别距离。
31.光学系统成像质量主要依靠mtf、点列图、像散畸变和相对照度来评价。图2、图3、
图4分别表示物镜组的成像质量，图５、图6、图7分别表示目镜组的成像质量。从各图中可以看出，本发明光学系统成像质量良好，像质基本达到衍射极限，结构紧凑，体积小，工程可实现性强，具有实际应用价值。
32.以上所述仅为本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。