Прибор ночного видения
Владельцы патента RU 2263937:
Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" (RU)
Прибор ночного видения (ПНВ) содержит объектив, бипланарный электронно-оптический преобразователь (ЭОП), оборачивающую систему (ОС) и окуляр. Оборачивающая система выполнена из двух объективов, обращенных входными зрачками друг к другу и разделенных диафрагмой. Между оборачивающей системой и окуляром установлена волоконно-оптическая пластина (ВОП). Выходные зрачки объективов совпадают с диафрагмой, а поверхности ВОП размещены в фокальных плоскостях оборачивающей системы и окуляра, а апертура ВОП равна или больше апертуры оборачивающей системы. Обеспечивается создание малотрудоемкого ПНВ без жесткой фиксации зрачка глаза 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.
Типовой ПНВ состоит из объектива, ЭОП с оборачиванием изображения и окуляра. Для обеспечения перевернутого изображения в ЭОП в патенте US 5268570 кл. 250-214VT, 1993 г. и в патенте RU 2053532 кл. G 02 B 23/12, 1996 г. применяют спеченный волоконно-оптический элемент (ВОЭ-180°, или инвертор), переносящий изображение, создаваемое бипланарным ЭОП, на заданное расстояние и поворачивающий это изображение на 180°. Выходной торец ВОЭ может использоваться в качестве экрана для окуляра. Такой ВОЭ-180° сложен и дорог в изготовлении.
Известны также линзовые оборачивающие системы (Г.Г.Слюсарев. "Расчет оптических систем". Ленинград, "Машиностроение", 1975 г, с.184), например, в виде двух двухлинзовых склеек с воздушным промежутком между ними. Обычно линзы поставлены таким образом, чтобы световые пучки, исходящие из любой точки объекта, были параллельны в пространстве, разделяющем обе линзы. В этом случае оборачивающая система (ОС) разделяется на два объектива, работающие в параллельных пучках, и легко рассчитать увеличение всей системы, которое равно отношению фокусного расстояния второго объектива к фокусному расстоянию первого.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является прибор ночного видения (патент RU 2182718 кл. G 02 B 23/12, 2002 г.), содержащий объектив, бипланарный ЭОП прямого изображения, ОС и окуляр. В этом ПНВ окуляр строит изображение реальных оправ объективов ОС по законам геометрической оптики, при этом изображение одной из оправ, размер которого минимален, будет являться выходным зрачком прибора.
Недостатком этого устройства является наличие за окуляром выходного зрачка, с которым должен быть совмещен зрачок глаза. В реальных условиях при воздействии на ПНВ и на наблюдателя внешних вибраций и колебаний имеет место несовпадение зрачков в продольном и поперечном направлении, при котором происходит ухудшение видимости и потеря изображения. Этим ограничиваются возможности наблюдения в условиях применения такого ПНВ, например, в качестве прибора для вождения техники ночью.
Задачей настоящего изобретения является создание ПНВ с бипланарным ЭОП прямого переноса малой трудоемкости изготовления без жесткой фиксации зрачка глаза наблюдателя.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в приборе ночного видения, содержащем объектив, бипланарный ЭОП прямого изображения, ОС и окуляр, ОС состоит из двух объективов, обращенных входными зрачками навстречу друг к другу и разделенных диафрагмой, а между ОС и окуляром установлена волоконно-оптическая пластина (ВОП), при этом входные зрачки объективов совпадают с диафрагмой, а поверхности ВОП размещены в фокальных плоскостях ОС и окуляра, причем апертуры ОС и ВОП отвечают следующему соотношению:
А≥АОС,
где А - апертура ВОП;
АОС - апертура ОС.
Применение ВОП в оптической системе ПНВ позволяет использовать окуляр как лупу, в которой нет выходного зрачка, а есть выходное окно (Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов, С.И.Кирюшин, В.И.Кузичев. "Теория оптических систем". Москва, "Машиностроение", 1981 г, с.197), которым является оправа лупы.
Предложенное выполнение прибора в виде ОС из двух объективов с параллельным ходом лучей между ними и с ВОП между ОС и окуляром позволяет упростить юстировку оптики при сборке и передавать изображение с экрана ЭОП на заданное расстояние с увеличением или уменьшением, а также исключить ухудшение видимости и потерю изображения при продольных и поперечных смещениях зрачка глаза.
На чертеже представлена схема ПНВ.
ПНВ содержит объектив 1, бипланарный ЭОП прямого изображения 2, ОС 3, 4 и 5, в составе которой объективы 3 и 5 и диафрагма 4; за ОС установлена ВОП 6, одна поверхность которой совмещена с задней фокальной плоскостью объектива 5 ОС, за ВОП установлен окуляр 7, причем вторая поверхность ВОП совмещена с передней фокальной поверхностью окуляра. Конструкция объективов определяется требованиями к увеличению ОС, к линейному полю зрения и к качеству изображения.
При увеличении ОС, равном 1 крат, линейном поле 17, 5 мм и при использовании ЭОП с разрешающей способностью 35-40 лин/мм, конструкция объективов 3 и 5 может быть одинаковой, конструктивные параметры варианта исполнения объектива 3 следующие:
Фокусное расстояние такого варианта объектива 24,49 мм, задний фокальный отрезок без учета экрана ЭОП - 16,1 мм, апертурная диафрагма имеет диаметр 11,98 мм и вынесена от первой поверхности на 0,9 мм.
Параметры варианта исполнения ОС из двух таких объективов, обращенных входными зрачками навстречу друг к другу:
| - увеличение | - 1 крат; |
| - расчетная длина волны | 546 нм; |
| - рабочий спектральный диапазон | 530÷560 нм; |
| - линейное поле зрения | 17,5 мм |
| - апертурный угол sinσА | 0,2 |
| - длина между фокальными поверхностями | 65 мм |
Конструктивные параметры варианта исполнения окуляра 7 следующие:
Параметры такого варианта исполнения окуляра:
| - фокусное расстояние | 27,74 мм; |
| - расчетная длина волны | 546 нм; |
| - рабочий спектральный диапазон | 530÷560 нм; |
| - угловое поле зрения | 36°; |
| - передний фокальный отрезок | 23,15 мм |
Конструктивные параметры варианта исполнения ВОП следующие:
| - диаметр | 20 мм; |
| - толщина | 1 мм; |
| - диаметр волокна, определяющий | |
| разрешающую способность | 7,2 мкм; |
| - коэффициент пропускания | |
| на длине волны 550 нм | 0,56; |
| - коэффициент передачи контраста на | |
| частоте штрихов миры 25 лин/мм | 0,87 |
| - апертурный угол SinA | 1,0 |
Поверхности ВОП могут быть плоскими или криволинейными соответственно форме фокальных поверхностей ОС и окуляра. Объектив ПНВ - любой из известных, например с фокусным расстоянием 27÷30 мм, чем обеспечивается однократное увеличение ПНВ, наиболее приемлемое для приборов вождения техники ночью.
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, 5 производит второе оборачивание и перенос изображения на первую поверхность ВОП. Регулярный пучок оптических волокон, из которых состоит ВОП, переносит изображение на вторую поверхность ВОП (Р.Тидекен. "Волоконная оптика и ее применение". Москва, издательство "Мир", 1975 г, с.22). Вторая поверхность ВОП (изображение на ней) рассматривается через окуляр так же, как через лупу рассматривается предмет.
Без ВОП при совмещении фокальных плоскостей ОС и окуляра такая оптическая система строит выходной зрачок диаметром 12,7 мм на удалении 44,5 мм от окуляра, при этом зрачок глаза должен располагаться в выходном зрачке прибора, иначе видимость через прибор будет потеряна. При установке ВОП вместо выходного зрачка появляется выходное окно, которым является оправа лупы (окуляра), через которую обеспечивается видение изображения. В пределах диаметра оправы окуляра, равного 40 мм, наблюдается вторая поверхность ВОП, на которой находится изображение, а удаление зрачка глаза от окуляра, обеспечивающее угловое поле 36°, достигает 61,5 мм без ухудшения или потери видимость изображения.
Как видно из расчетов, диапазон поперечных смещений зрачка глаза увеличивается более чем в 3 раза, в продольном - в 1,5 раза, чем обеспечивается улучшение возможности наблюдения в условиях колебаний и вибраций при применения ПНВ в качестве прибора для вождения техники ночью.
Прибор ночного видения, содержащий объектив, бипланарный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) прямого изображения, оборачивающую систему (ОС) и окуляр, отличающийся тем, что ОС состоит из двух объективов, обращенных входными зрачками навстречу друг к другу и разделенных диафрагмой, а между ОС и окуляром установлена волоконно-оптическая пластина (ВОП), при этом входные зрачки объективов совпадают с диафрагмой, а поверхности ВОП размещены в фокальных плоскостях ОС и окуляра, причем апертуры ОС и ВОП отвечают соотношению
А ≥ АОС,
где А - апертура ВОП;
АОС - апертура ОС.
