Прибор ночного видения
Владельцы патента RU 2244333:
Открытое акционерное общество "Лыткаринский Завод оптического стекла" (RU)
Прибор может быть использован при изготовлении приборов ночного видения (ПНВ) с бипланарными электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) в самых разнообразных условиях эксплуатации. ПНВ содержит объектив, бипланарный ЭОП прямого изображения и оптическую окулярную систему, состоящую из последовательно расположенных по ходу луча оборачивающей системы (ОС), корректора и окуляра. ОС состоит из положительной двояковыпуклой, отрицательной двояковогнутой и вогнуто-выпуклой линз и подвижной двояковыпуклой линзы. Корректор выполнен в виде двух выпукло-вогнутых линз, обращенных вогнутостью друг к другу. Окуляр состоит из плосковыпуклой линзы и склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной вогнуто-выпуклой линз. Технический результат - создание ПНВ с плавным изменением увеличения и сохранением возможности диоптрийной наводки под глаз наблюдателя. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано при изготовлении приборов ночного видения (ПНВ) с бипланарными электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) в самых разнообразных условиях эксплуатации.
Известен ПНВ, содержащий оптически сопряженные объектив, ЭОП, оборачивающую систему, выполненную в виде двух линзовых групп, и окуляр (патент RU 2082203, кл. G 02 B 23/12, опубл. 20.06.1997 г.).
Наиболее близким по технической сущности является прибор ночного видения (патент RU №2182718, кл. G 02 B 23/12, опубл. 20.05.2002 г.), содержащий объектив, бипланарный ЭОП прямого изображения, корректор, оборачивающую систему (ОС) и окуляр, причем ОС состоит из четырех линз, из которых третья - вогнуто-выпуклая, а четвертая - двояковыпуклая.
Недостатком этих устройств являются малое увеличение и его фиксированная величина, не позволяющая проводить опознавание объекта после его обнаружения при наблюдении. Хотя сами по себе панкратические окуляры известны (например, авт. свид. СССР №489063, кл. G 02 B 25/00, опубл. 25.10.75 г.), они не предназначены для работы с бипланарными ЭОПами прямого изображения.
Задачей настоящего изобретения является создание ПНВ с плавным изменением увеличения с сохранением возможности диоптрийной наводки под глаз наблюдателя.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в приборе ночного видения, содержащем объектив, бипланарный ЭОП прямого изображения, ОС из четырех линз, из которых третья - вогнуто-выпуклая, а четвертая - двояковыпуклая, корректор и окуляр, первый компонент ОС выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы, второй - в виде отрицательной двояковогнутой линзы и вместе с третьей линзой они образуют группу с возможностью перемещения ее относительно экрана ЭОП по линейному закону, при этом четвертая линза ОС имеет возможность перемещения по нелинейному закону, корректор установлен между ОС и окуляром и выполнен в виде двух выпукло-вогнутых линз, установленных вогнутостью друг к другу, окуляр состоит из двух компонентов, первый из которых выполнен в виде плосковыпуклой линзы, второй - в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной вогнуто-выпуклой линз.
Предложенное выполнение прибора и прежде всего подвижка компонентов оборачивающей системы и использование двухкомпонентного корректора вблизи плоскости промежуточного изображения позволяют плавно изменять увеличение системы в целом, при этом сохраняется диоптрийная наводка под глаз наблюдателя.
На чертеже представлена схема ПНВ.
Прибор ночного видения содержит объектив 1, бипланарный электронно-оптический преобразователь прямого изображения 2, оборачивающую систему 3, в составе которой положительная двояковыпуклая линза 4, отрицательная двояковогнутая линза 5, вогнуто-выпуклая линза 6 и двояковыпуклая линза 7, корректор 8 в составе двух выпукло-вогнутых линз 9 и 10, обращенных вогнутостью друг к другу, и окуляр 11, в составе которого плосковыпуклая линза 12 и склейка из положительной двояковыпуклой линзы 13 и отрицательной вогнуто-выпуклой линзы 14. В оборачивающей системе 3 первые три линзы 4, 5 и 6 образуют группу 15, имеющую возможность перемещения относительно экрана ЭОП 2 по линейному закону, при этом четвертая линза 7 ОС имеет возможность перемещения по нелинейному закону. ОС, корректор и окуляр образуют вместе окулярную систему прибора, при этом корректор размещен вблизи плоскости промежуточного изображения.
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической окулярной системы следующие:
| Радиусы | Толщины | Марка стекла | Диаметры поверхн. |
| R1=плоскость | 18 | ||
| D1=1,2 | К8 (Экран ЭОП) | ||
| R2=плоскость | - | 18 | |
| d2=переменное | |||
| R3-14,689 | 8 | ||
| d3=5 | СТК9 | ||
| R4=-6,46 | 8 | ||
| d4=0,275 | |||
| R5=-5,34 | 7 | ||
| d5=2 | ТФ10 | ||
| R6=43,25 | 8 | ||
| d6=0,36 | |||
| R7=-42,07 | 10 | ||
| d7=4 | СТК9 | ||
| R8=-8,956 | 10 | ||
| d8=переменное | |||
| R9=88,47 | 13 | ||
| d9=4 | СТКЗ | ||
| R10=-16,49 | 13 | ||
| D10=переменное | |||
| R11=7,05 | 12,5 | ||
| D11=5 | ТФ10 | ||
| R12=4,221 | 6,6 | ||
| D12=3,6 | |||
| R13=-4,221 | 6,6 | ||
| d13=5 | ТФ10 | ||
| R14=-7,05 | 12,5 | ||
| d14=6,4 | |||
| R15=плоскость | 20 | ||
| D15=5 | CTK9 | ||
| R16=-16,596 | 20 | ||
| d16=0,5 | |||
| R17=26,53 | - | 20 | |
| d17=9 | CTK3 | ||
| R18=-12,05 | 20 | ||
| d18=1,5 | ТФ10 | ||
| R19=-47,42 | 20 |
Параметры варианта исполнения оптической окулярной системы:
- расчетная длина волны 546 нм;
- рабочий спектральный диапазон 486-589 нм;
- фокусное расстояние подвижной
группы 15 ОС, F15oc 15,98 мм;
- фокусное расстояние подвижной линзы 7 ОС, F7oc 21,31 мм;
- фокусное расстояние корректора 8, F8 43,93 мм;
- фокусное расстояние окуляра 11, F11 14,04 мм;
- диапазон изменения фокусного расстояния системы (ОС, корректор, окуляр), Fэкв от - 24,78 мм
до - 6,95 мм;
- линейное поле зрения переменное от 17,5 мм
до 5,0 мм;
- диаметр выходного зрачка 4мм;
- удаление выходного зрачка 15 мм.
Зависимости Рэкв от значений d2, d8 и d10 следующие:
| Fэкв | d2 | d8 | d10 |
| -24,78 | 21,3 | 0,50 | 0,90 |
| -24,12 | 21,0 | 0,70 | 1,00 |
| -23,23 | 20,5 | 1,08 | 1,12 |
| -22,41 | 20.0 | 1,46 | 1,24 |
| -21,57 | 19,5 | 1,81 | 1,39 |
| -20,86 | 19,0 | 2,17 | 1,53 |
| -20,19 | 18,5 | 2,53 | 1,67 |
| -19,49 | 18,0 | 2,85 | 1,85 |
| -18,75 | 17,5 | 3,11 | 2,09 |
| -18,08 | 17,0 | 3,38 | 2,32 |
| -17,49 | 16,5 | 3,66 | 2,54 |
| -16,86 | 16,0 | 3,88 | 2,82 |
| -16,26 | 15,5 | 4,08 | 3,12 |
| -15,68 | 15,0 | 4,26 | 3,44 |
| -15,12 | 14,5 | 4,42 | 3,78 |
| -14,58 | 14,0 | 4,55 | 4,15 |
| -14,05 | 13,5 | 4,66 | 4,54 |
| -13,50 | 13,0 | 4,69 | 5,01 |
| -12,98 | 12,5 | 4,72 | 5,48 |
| -12,47 | 12,0 | 4,70 | 6,00 |
| -11,96 | 11,5 | 4,64 | 6,56 |
| -11,45 | 11,0 | 4,53 | 7,17 |
| -10,93 | 10,5 | 4,35 | 7,85 |
| -10,42 | 10,0 | 4,11 | 8,59 |
| -9,89 | 9,5 | 3,80 | 9,40 |
| -9,34 | 9,0 | 3,38 | 10,32 |
| -8,77 | 8,5 | 2,83 | 11,37 |
| -8,16 | 8,0 | 2,10 | 12,60 |
| -7,46 | 7,5 | 1,07 | 14,13 |
| -6,95 | 7,1 | 0,20 | 15,40 |
Принцип действия прибора ночного видения заключается в следующем. Объектив 1 формирует перевернутое изображение объектов на фотокатоде бипланарного ЭОП 2. Бипланарный ЭОП 2 осуществляет усиление и прямой перенос этого изображения на собственный экран, ОС 3 производит второе оборачивание и перенос изображения в фокальную плоскость окуляра 11, при этом корректор 8 корректирует кривизну поля и астигматизм.
При перемещении относительно экрана ЭОП 2 группы линз 15 по линейному закону и линзы 7 по нелинейному закону меняется эквивалентное фокусное расстояние оптической окулярной системы и ее линейное поле зрения и соответственно меняется общее увеличение ПНВ и его угловое поле зрения.
Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая спектральную эффективность по длинам волн - 0,4 на длине волны 486 нм, 1 на 546 нм, 0,4 на 589 нм (с учетом излучения люминофора экрана ЭОП и светопропускания оптической окулярной системы), получаем следующие расчетные значения в плоскости наилучшей установки:
- для Fэкв=- 24,78 мм:
точка на оси - КПК=58%
точка поля 40°
КПК, вычисленный для меридиональной плоскости,
- КПКм=31%
КПК, вычисленный для сагиттальной плоскости,
- КПКс=36%
- для Fэкв=-15,12 мм:
точка на оси - КПК=64%
точка поля 40°
- КПКм=52%
- КПКс=76%
- для Fэкв=- 6,95 мм:
точка на оси - КПК=45%
точка поля 40°
- КПКм=66%
- КПКс=62%
Как видно из расчетов, оптическая окулярная система обеспечивает приемлемое качество изображения для прибора ночного видения при изменении увеличения и позволяет обнаруживать объекты ночью в широком поле зрения и опознавать их при плавном изменении увеличения.
Прибор ночного видения, содержащий объектив, бипланарный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) прямого изображения, оборачивающую систему (ОС) из четырех линз, из которых третья - вогнуто-выпуклая, а четвертая - двояковыпуклая, корректор и окуляр, отличающийся тем, что первая линза ОС выполнена в виде положительной двояковыпуклой линзы, вторая - в виде отрицательной двояковогнутой линзы и вместе с третьей линзой они образуют группу с возможностью перемещения ее относительно экрана ЭОП по линейному закону, при этом четвертая линза ОС имеет возможность перемещения по нелинейному закону, корректор установлен между ОС и окуляром и выполнен в виде двух выпукло-вогнутых линз, установленных вогнутостью друг к другу, окуляр состоит из двух компонентов, первый из которых выполнен в виде плоско-выпуклой линзы, второй - в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной вогнуто-выпуклой линз.
