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基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪光学系统设计

孙爱平 胡健钏 安长亮 李训牛 汪陈跃 龚杨云 宋宇宇

孙爱平, 胡健钏, 安长亮, 李训牛, 汪陈跃, 龚杨云, 宋宇宇. 基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪光学系统设计[J]. 红外技术, 2022, 44(12): 1278-1286.
引用本文: 孙爱平, 胡健钏, 安长亮, 李训牛, 汪陈跃, 龚杨云, 宋宇宇. 基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪光学系统设计[J]. 红外技术, 2022, 44(12): 1278-1286.
SUN Aiping, HU Jianchuan, AN Changliang, LI Xunniu, WANG Chenyue, GONG Yangyun, SONG Yuyu. Optical System Design of Suspended Infrared Night Vision Based on Low Light Level Helmet Observation[J]. Infrared Technology , 2022, 44(12): 1278-1286.
Citation: SUN Aiping, HU Jianchuan, AN Changliang, LI Xunniu, WANG Chenyue, GONG Yangyun, SONG Yuyu. Optical System Design of Suspended Infrared Night Vision Based on Low Light Level Helmet Observation[J]. Infrared Technology , 2022, 44(12): 1278-1286.

基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪光学系统设计

详细信息
    作者简介:

    孙爱平(1980-),男,硕士,高级工程师,研究方向:红外整机系统设计及光学系统设计。E-mail: 50973525@qq.com

    通讯作者:

    胡健钏(1991-),男,硕士,工程师,研究方向:红外整机系统设计及软件设计。E-mail:hjc200930@ssina.com

  • 中图分类号: O439

Optical System Design of Suspended Infrared Night Vision Based on Low Light Level Helmet Observation

  • 摘要: 头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案;其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标,对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真;第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度;最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行,能达到预期的效果。
  • 图  1  微光头盔与悬挂式红外夜视仪组合方式

    Figure  1.  Combination of low light level helmet and suspended infrared night vision

    图  2  微光头盔与悬挂式红外夜视仪融合图像

    Figure  2.  Fusion image of low light level helmet and hanging infrared night vision

    图  3  微光头盔与悬挂式红外夜视仪工作示意图

    Figure  3.  Working diagram of low light level helmet and suspended infrared night vision

    图  4  器件工作有效区域示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of effective working area of detector

    图  5  设计的圆形视场示意图

    Figure  5.  Design of circular field of view

    图  6  红外物镜设计型式

    Figure  6.  Design type of infrared lens

    图  7  红外物镜传递函数曲线

    Figure  7.  Transfer function curves of infrared lens

    图  8  投影物镜设计型式

    Figure  8.  Design type of projection lens

    图  9  投影物镜传递函数曲线

    Figure  9.  Transfer function curves of projection lens

    图  10  红外夜视仪倾斜悬挂时成像关系

    Figure  10.  Imaging relationship of infrared night vision with tilted suspension

    图  11  光轴无偏差时融合成像示意图

    Figure  11.  Schematic diagram of fusion imaging without optical axis deviation

    图  12  光轴有偏差时融合成像示意图

    Figure  12.  Schematic diagram of fusion imaging with optical axis deviation

    表  1  悬挂式红外夜视仪光学参数

    Table  1.   Optical parameters of suspended infrared night vision

    Infrared lens Focal length
    Field
    F/#
    Band
    Detector type
    13.88 mm
    20°(circular)
    1
    8~12 μm
    UFPA 384×288, 17 μm
    Projection lens Focal length
    Field
    F/#
    Band
    20.58 mm
    20°(circular)
    4
    0.486~0.656 μm
    Detector type OLED 800×600, 12.6 μm
    Exit pupil distance 3.7 mm
    Suspended infrared night vision Field
    Magnification
    Temperature
    20°(circular)
    1×
    −40℃~60℃
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    表  2  红外物镜、投影物镜在相同视场点处的畸变

    Table  2.   Distortion of infrared lens and projection lens at the same field of view

    Field of view Infrared lens Projection lens
    0.1ω −0.01999022% 0.02068782%
    0.2ω −0.07997603% 0.08263791%
    0.3ω −0.18000125% 0.18550392%
    0.4ω −0.32013343% 0.32868725%
    0.5ω −0.50045517% 0.51130229%
    0.6ω −0.72105160% 0.73212184%
    0.7ω −0.98199306% 0.98949535%
    0.8ω −1.28331225% 1.28122817%
    0.9ω −1.62497467% 1.60440259%
    1ω −2.00684062% 1.95510906%
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    表  3  红外物镜公差

    Table  3.   Tolerance of infrared objective lens parts

    Parameter Tolerance
    N ±3 aperture
    ΔN ±0.8 aperture
    Aspheric error ±0.00006 mm
    Thickness of optical parts ±0.02 mm
    Surface tilt ±0.006 mm
    Air distance ±0.02 mm
    Element tilt ±0.02 mm
    Element eccentricity 0.025 mm
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    表  4  红外物镜公差分析结果

    Table  4.   Tolerance analysis results of infrared objective lens

    Lens percentage/% MTF minimum
    (Nyquist frequency)
    90 0.219
    80 0.246
    50 0.291
    20 0.348
    10 0.365
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    表  5  投影物镜零件公差

    Table  5.   Tolerance of projection lens parts

    Parameter Tolerance
    N ±4 aperture
    ΔN ±0.5 aperture
    Thickness of optical part ±0.02 mm
    Air distance ±0.04 mm
    Surface tilt ±6′
    Element tilt ±6′
    Element eccentricity ±0.052 mm
    nd ±0.0009
    vd ±0.95%
    下载: 导出CSV

    表  6  投影物镜公差分析结果

    Table  6.   Tolerance analysis results of projection lens

    Lens percentage/% MTF minimum(40 lp/mm)
    90 0.603
    80 0.626
    50 0.669
    20 0.687
    10 0.697
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-03
  • 修回日期:  2021-02-24
  • 刊出日期:  2022-12-20

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