目镜设计心得
目镜设计心得
CloudWU军用目镜
笔者最近设计了两款军用目镜,军用目镜都有一个特点,出瞳距很长,一般显微系统的目镜的出瞳距大多为15mm左右,有时配合带眼镜的观察者,可能会将出瞳距拉长至20mm左右,而军用目镜的出瞳距(从结构件到出瞳位置)可以达到40mm以上,军用目镜一般装在枪械上使用,枪械的后座力很大,如果出瞳距不够长,强大的后座力会将目镜撞向眼睛,严重的甚至撞伤眼睛,影响狙击手的瞄准.
设计难点
军用目镜的长出瞳距又会对设计造成很大的麻烦,因为光线经过一段很长的距离才能进入光学系统,到达第一个面镜片的光线边缘高度较高,在较短的距离内将边缘光线的高度压低,引进传感器,极难保证像质.
难点突破
如果按照正常设计镜头的思路去设计全球面镜片的军用目镜会非常的困难,一般点列图已经达到设计要求,但是MTF还远远达不到要求.由于目镜设计一般是反向设计,实际使用时,人眼是在出瞳位置观察屏幕,我们可以利用人眼的特点降低设计的难度.
当人集中精力看东西时,视场往往会集中在中心范围,对边缘视场的关注度会有所下降,针对这点,在中心视场达到最佳像质时,边缘像质可以有时放缓.并且,人眼的晶状体在无时无刻的调节,只要满足小像散,让TS场曲尽可能弯同一方向,当我们的关注点从中心往边缘移动时,眼睛会自动对焦,达到一个全视场像质都很好的“错觉”.
人眼舒适度
狙击手在长时间使用目镜进行瞄准时,较大的场曲会让晶状体长期处于调节状态,容易造成视觉疲劳,所以一款优秀的目镜场曲要尽可能的小.除了场曲和像散外,畸变和相对照度的大小也会对使用者带来明显不同的观看体验,理想状态下,畸变小于3%,相对照度大于60%,基本上能满足人眼舒适的最低要求.如果需要更优秀的像质,可以考虑使用非球面,衍射面或者曲面屏幕.
结构稳定性
以上仅从光学的角度分析一款像质优秀的目镜所具备的特点,但还没有结束,作为军用目镜装在枪炮上就会承受无数次强大的冲击力,对整体结构的稳定性要求较高,镜片的承靠方式,中心与边缘厚度的大小等要素都要时刻考虑着.如下图镜片的凸面与凹面相邻承靠时,巨大的后座力可能会让凹面的尖角把凸面的边缘磕裂,针对此状况,一般会把镜片挖平台,通过垫片实现平面定位,如果两者曲率接近可以选择将两片镜片胶合起来.说到胶合镜片,尽可能前后都有垫片压环,将两片镜片夹紧,如果仅夹紧一片,做冲击试验时可能会导致镜片脱胶。
总结
本次设计需要考虑的要素比较多,各项指标都在相互牵制,十分考验光学工程师的平衡能力,个人觉得这两项设计没能达到最好的状态,起码客户可以接受,整个过程真的受益匪浅.
