ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G02B23/04 

Изобретение относится к технике оптико-электронных устройств, предназначенных для наблюдения при пониженном уровне освещенности, в частности для работы на горнорудных предприятиях, для проведения спасательных работ.

Известно устройство визуализации изображения, состоящее из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и окуляра [1].

Недостатками устройства являлись значительные габариты, невозможность работы при повышенном уровне освещенности, при котором ЭОП засвечивается, а также ограниченность поля зрения.

Известно также устройство, принятое за прототип, содержащее зеркально-линзовый объектив, состоящий из входной линзы и зеркала Манжена, ЭОП, фотокатод которого размещен в фокальной плоскости этого объектива, а экран, обращенный к его линзе, находится в передней фокальной плоскости окуляра, сопряженного с экраном ЭОП через пентапризму. За окуляром установлено дихроичное зеркало, представляющее собой первый дневной канал наблюдения. Данное устройство по сравнению с устройством-аналогом обладает существенно меньшими габаритами за счет размещения ЭОП и окуляра во внутренней полости зеркально-линзового объектива. При повышенном уровне освещенности ЭОП отключается и работает дневной канал, обеспечивающий наблюдение непосредственно через дихроичное зеркало [2].

Однако поле зрения устройства все еще остается ограниченным. Невозможно было обеспечить наблюдение как спереди, так и сзади, а также сверху и снизу.

Целью изобретения является расширение поля зрения.

Указанная цель достигается тем, что в оптико-электронный прибор визуализации изображения, содержащий зеркально-линзовый объектив, состоящий из линзы и зеркала Манжена, электронно-оптический преобразователь, фотокатод которого размещен в фокальной плоскости зеркально-линзового объектива, а экран, обращенный к линзе, размещен в фокальной плоскости окуляра, между которыми размещена пентапризма, за окуляром установлено дихроичное зеркало, образующее первый дневной канал наблюдения и оптически сопряженное через окуляр и пентапризму с экраном электронно-оптического преобразователя, введены две дополнительные линзы, расположенные по обе стороны от электронно-оптического преобразователя на оси, перпендикулярной оптической оси зеркально-линзового объектива, причем каждая из этих линз оптически сопряжена через соответствующее введенное поворотное дихроичное зеркало с фотокатодом электронно-оптического преобразователя, который оптически сопряжен с введенным и установленным в концентрическом отверстии нерабочей центральной части зеркала Манжена линзовым объективом с дополнительной первой ирисовой диафрагмой, при этом второй дневной канал наблюдения образован с помощью поворотных плоских зеркал, первое из которых установлено в центральной нерабочей части линзы зеркально-линзового объектива, перед которой установлена вторая ирисовая диафрагма.

На чертеже показан предлагаемый прибор.

Прибор содержит зеркально-линзовый объектив 1, который состоит из линзы 2 и зеркала Манжена 3, ЭОП 4, фотокатод 5 которого размещен в фокальной плоскости объектива 1, а экран 6, обращенный к линзе 2, находится в передней фокальной плоскости окуляра 7. Между ним и экраном ЭОП 4 установлена пентапризма 8. Через нее и окуляр 7 экран 6 ЭОП 4 сопряжен с дихроичным зеркалом 9, являющимся первым дневным каналом наблюдения. Прибор содержит дополнительные линзы 10 и 11, оптическая ось которых перпендикулярна оптической оси зеркально-линзового объектива 1, линзы 10 и 11 расположены по обе стороны от электронно-оптического преобразователя 4. Каждая из этих линз оптически сопряжена через соответственно первое 12 и второе 13 поворотные дихроичные зеркала и через зеркало Манжена 3 с отражающей зеркальной поверхностью 14 с фотокатодом 5 ЭОП 4. В нерабочей центральной части зеркала Манжена 3 выполнено концентрическое отверстие 15, в котором установлен линзовый объектив 16 с первой ирисовой диафрагмой 17, оптически сопряженной с фотокатодом 5 ЭОП 4. Второй дневной канал 18 наблюдения образован с помощью первого 19 и второго 20 поворотных плоских зеркал. Первое зеркало 19 установлено в отверстии в центральной нерабочей части 21 линзы 2 объектива 1. Перед линзой 2 установлена вторая ирисовая диафрагма 22.

В устройстве для управления положениями зеркал 12, 13, 19 и 20 и открыванием (закрыванием) диафрагм 17 и 22 используется не какой-либо сложный механический привод, а простейшие рычаги. Они связаны с осью зеркал либо с венцом оправы диафрагмы и поворачиваются легким движением пальца оператора.

Прибор работает следующим образом.

Излучение, определяемое уровнем естественной освещенности, отражается от объективов наблюдения, расположенных спереди, и поступает в объектив 1, проходит через его линзу 2, зеркало Манжена 3, отражается от ее зеркальной поверхности 14 и приходит на фотокатод 5 ЭОП 4, где объектив 1 создает изображение указанных объектов. Диафрагма 22 при этом открыта, диафрагма 17 закрыта, а первое 12 и второе 13 поворотные дихроичные зеркала повернуты в положение, при котором их плоскости перпендикулярны оптической оси объектива 1. Последний работает в области спектра 0,7-0,92 мкм, которую пропускают дихроичные зеркала 12 и 13, которые при указанном их положении (пунктир) ведут себя как плоскопараллельные пластинки. ЭОП 4 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана 6 ЭОП 4 через пентапризму 8 передается в окуляр 7. Последний коллимирует излучение с экрана ЭОП 4 и передает его через дихроичное зеркало 9 (дневной канал наблюдения) в глаз оператора, который наблюдает изображение. При повышенном уровне естественной освещенности, при котором ЭОП 4 становится неработоспособным и отключается, в ход лучей вводится поворотное зеркало 20 в положение, показанное на чертеже пунктирной линией. При этом излучение от объекта, поступающее в концентрическую нерабочую часть 21 линзы 2, последовательно отражается от зеркал 19 и 20, образующих дополнительный дневной канал 18 наблюдения, в котором изображение объектов наблюдается оператором.

При необходимости получить изображение объектов с противоположного направления зеркало 20 переводится в положение, показанное на чертеже сплошной линией. В этом случае излучение от объектов проходит через дихроичное зеркало 9 в глаз оператора, и изображение наблюдается им.

При необходимости получить изображение от объектов сверху поворотное зеркало 19 поворачивается в положение, показанное на чертеже пунктиром. Тогда излучение от объектов отражается от зеркала 20 (положение которого показано на чертеже пунктиром) и наблюдается оператором. При необходимости наблюдения объектов снизу зеркало 20 поворачивается в положение, показанное на чертеже штрихпунктиром.

Если необходимо получить изображение от объектов сзади, но при пониженном уровне освещенности, то диафрагма 17 открывается, а диафрагма 22 закрывается. Теперь работает только линзовый объектив, который формирует изображение объектов на фотокатоде 5 ЭОП 4. Последний преобразует изображение в видимое, усиливает его по яркости. Изображение через окуляр 7 и дихроичное зеркало 9 передается в глаз оператора.

Если нужно получить изображение от объектов сверху при пониженном уровне освещенности, то первое зеркало 12 и зеркало 20 поворачиваются в положение, показанное на чертеже сплошной линией. При этом излучение от объектов в области спектра 0,38-0,65 мкм проходит через первую дополнительную линзу 10, отражается от первого поворотного дихроичного зеркала 12, а затем проходит зеркало Манжена 3, отражается от его зеркальной поверхности 14 и поступает на фотокатод 5 ЭОП 4, формируя изображение указанных объектов. Диафрагмы 17 и 22 при этом закрыты. Аналогичным образом, если нужно получить в этих же условиях изображение от объектов снизу, то зеркало 12 переводится в положение, показанное на чертеже пунктиром, а зеркало 13 поворачивается в положение, показанное сплошной линией. В этом случае излучение от объектов в области 0,38-0,65 мкм проходит через вторую дополнительную линзу 11, отражается от второго поворотного дихроичного зеркала 13, затем проходит зеркало Манжена 3, отражается от его зеркальной поверхности 14 и поступает на фотокатод 5 ЭОП 4, формируя изображение указанных объектов. Диафрагмы 17 и 22 по-прежнему закрыты. При наблюдении объектов сверху и снизу соответственно первая 10 и вторая 11 дополнительные линзы совместно с зеркалом Манжена 3 образуют зеркально-линзовые объективы, создающие изображение объектов на фотокатоде 5 ЭОП 4.

Эти объективы работают в области спектра 0,38-0,65 мкм, в то время как зеркально-линзовый объектив 1 и линзовый объектив 16 заднего обзора работают в области спектра 0,7-0,92 мкм. Последняя наиболее благоприятна для работы, так как ей соответствует область более высоких коэффициентов отражения природных материалов и соответственно более высоких контрастов. С этой точки зрения область спектра 0,38-0,65 мкм является менее благоприятной, что, однако, отчасти компенсируется более высокой чувствительностью фотокатода ЭОП 4 в этой области. В итоге дальность действия устройства при работе указанных объективов на 10-15% ниже, чем при работе объективов 1 и 16, что не играет существенной роли, так как обеспечивается панорамный обзор.

Использование: наблюдение при пониженном уровне освещенности, в частности для работы на горнорудных предприятиях, для проведения спасательных работ. Сущность изобретения: прибор содержит зеркально-линзовый объектив 1, ЭОП 4, окуляр 7, пентапризму 8, дихроичное зеркало 9, являющееся первым дневным каналом наблюдения, а также линзовый объектив 16, обеспечивающий наблюдение пространства за оператором. Две дополнительные линзы 10 и 11 и соответственно им два поворотных дихроичных зеркала 12 и 13 обеспечивают наблюдение сверху и снизу (или боков) по отношению к прибору, два поворотных плоских зеркала 19 и 20 и дихроичное зеркало 9 обеспечивают видимость объектов спереди и сзади, а также сверху и снизу (или с боков) от прибора непосредственно в дневное время суток при повышенном уровне освещенности. Положительный эффект состоит в обеспечении видимости объектов не только спереди, но и сзади, сверху и снизу (или с боков), т.е. по сравнению с прибором-прототипом поле зрения данного прибора возрастает в четыре раза. 1 ил.

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащий зеркально-линзовый объектив, состоящий из линзы и зеркала Манжена, электронно-оптический преобразователь, фотокатод которого размещен в фокальной плоскости этого объектива, а экран, обращенный к линзе, размещен в фокальной плоскости окуляра, между которыми размещена пентапризма, за окуляром установлено дихроичное зеркало, образующее первый дневной канал наблюдения и оптически сопряженное через окуляр и пентапризму с экраном электронно-оптического преобразователя, отличающийся тем, что введены две дополнительные линзы, размещенные по обе стороны от электронно-оптического преобразователя на оси, перпендикулярной к оптической оси зеркально-линзового объектива, причем каждая из этих линз оптически сопряжена через соответствующее введенное поворотное дихроичное зеркало с фотокатодом электронно-оптического преобразователя, который оптически сопряжен с введенным и установленным в концентрическом отверстии нерабочей центральной части зеркала Манжена линзовым объективом с дополнительной первой ирисовой диафрагмой, при этом второй дневной канал наблюдения образован с помощью поворотных плоских зеркал, первое из которых установлено в центральной нерабочей части линзы зеркально-линзового объектива, перед которой установлена вторая ирисовая диафрагма.