БИНОКУЛЯРНАЯ ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА НОЧНОГО ВИДЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G02B23/12 

Изобретение относится к технике ночного видения, а в частности к бинокулярным зрительным трубам ночного видения, таким как очки, бинокли.

Известна система ночного видения (CH-патент 439781, N.V.Oude Delft), состоящая из фронтального объектива для проецирования объекта на фотокатод электронно-оптического преобразователя (ЭОПа), самого ЭОПа, коллимационного объектива для отображения экрана ЭОПа в бесконечность и бинокулярной телескопической системы. Эта телескопическая система состоит из двух половин, каждая из которых принимает геометрически отделенную часть параллельных лучей, покидающих коллимационный объектив, и построена из призменной системы Porro первого рода, объектива, расположенного между призмами и окуляра, расположенного на выходной стороне второй призмы.

Недостатками данной системы ночного видения являются сложность конструкции, высокая себестоимость, большая масса и длина.

Известна также бинокулярная зрительная труба ночного видения (Европейское заявление патента N 0042812 от 09.06.81 г., прототип), содержащая фронтальный объектив, электронно-оптический преобразователь, коллимационный объектив и бинокулярную телескопическую систему, построенную из дополнительного объектива, блока расщепления пучка, двух преломляющих призм из стекла с показателем преломления больше 1,65 и двух окуляров.

Недостатком данной бинокулярной зрительной трубы являются большая масса, длина и себестоимость из-за использования в призменной системе ромб-призм с углом при вершине 45^o, выполненных из стекла с коэффициентом преломления, большим 1,65.

Заявляемое техническое решение направлено на снижение себестоимости, массы и длины прибора.

Предлагаемая бинокулярная зрительная труба ночного видения содержит фронтальный объектив, электронно-оптический преобразователь, коллимационный объектив и бинокулярную телескопическую систему, состоящую из дополнительного объектива, блока расщепления пучка, системы призм и двух окуляров. Предлагаемая бинокулярная зрительная труба ночного видения отличается от прототипа тем, что система призм выполнена из стекла с коэффициентом преломления менее 1,6, в качестве призм использованы ромб-призмы с углами при вершине 30^o, а между электронно-оптическим преобразователем и коллимационным объективом введен корректор аберраций.

На чертеже структурно изображены оптическая схема бинокулярной зрительной трубы ночного видения в продольном разрезе и ход лучей в соответствии с настоящим изобретением.

Предлагаемая бинокулярная зрительная труба ночного видения содержит фронтальный объектив 1, электронно-оптический преобразователь 2, имеющий фотокатод 3 и экран 4, корректор аберраций 5, коллимационный объектив 6 и бинокулярную телескопическую систему 7, состоящую из дополнительного объектива 8, блока расщепления пучка 9, системы призм, состоящую из двух ромб-призм с углом при вершине 30^o 10, 11, выполненных из стекла с коэффициентом преломления менее 1,6, и двух окуляров 12, 13.

Предлагаемая зрительная труба ночного видения работает следующим образом. Фронтальный объектив 1 проецирует изображение объекта на фотокатод 3 электронно-оптического преобразователя 2. Изображение объекта, сформированное на экране 4 ЭОПа 2, попадает в корректор аберраций 5, который для уменьшения длины прибора расположен вблизи экрана 4 и находится практически внутри ЭОПа 2. Корректор аберраций 5 корректирует изображение объекта под параметры коллимационного объектива 6, который за счет использования корректора аберраций 5 имеет простую конструкцию и состоит из двух линз. Коллимационный объектив 6 проецирует изображение объекта в бесконечность, т.е. световой пучок входит в дополнительный объектив 8 параллельно оси прибора. Затем дополнительный объектив 8 вводит сходящийся световой пучок в призму 10 и далее на блок расщепления пучка 9, который представляет собой обычное светоделительное покрытие. Пятьдесят процентов светового потока отражается от светоделительного покрытия и за счет двух полных внутренних отражений и одного зеркального отражения выходит из призмы 10 параллельно оси прибора на расстоянии, равном 1/2 базе глаз.

Вторая часть светового потока проходит сквозь светоделительное покрытие и попадает в призму 11 и далее за счет двух полных внутренних отражений и двух зеркальных отражений выходит из призмы 11 параллельно оси прибора также на расстоянии, равном 1/2 базе глаз. Световые пучки, выходя из призм 10, 11, попадают в окуляры 12, 13, через которые оператор рассматривает изображение объекта.

В связи с тем, что в качестве призм 10, 11 использованы ромб-призмы с углами при вершине 30^o, выполненные из стекла, имеющего коэффициент преломления меньше 1,6, снижены масса и длина прибора, кроме того, длина прибора также уменьшена за счет расположения корректора аберраций 5 вблизи экрана 4, т.е. практически внутри самого ЭОПа. За счет применения более дешевой марки стекла для изготовления призм и уменьшения его объема снижена себестоимость прибора. На первый взгляд кажется, что данные улучшения не значительны. Рассмотрим на практическом примере, какой получается выигрыш по массе и себестоимости. Для этого зададим величину базы глаз, равную 64 мм, т.е. расстояние между центрами граней призм будет равным 32 мм. Рассчитаем объем стекла в случае использования 45^o призм. Для обеспечения диаметра выходного зрачка окуляра в пределах 13-15 мм ширина призмы должна быть не менее 17 мм. В этом случае объем призмы составит
32 мм•17 мм•17 мм = 9248 мм³ = 9,248 см³
Объем блока физического расщепления пучка составит
0,5•(17 мм•17 мм•17 мм) = 2456 мм³= 2,456 см³
Объем выравнивающей пластины диаметром 18 мм составит
3,14•81 мм²•17 мм = 4324 мм³ = 4,324 см³.

Суммарный объем стекла при использовании 45^o призм составит
(9,248•2)+2,456+4,324 = 25,276 см³
Рассчитаем объем стекла при использовании 30^o призм также шириной 17 мм и базе глаз 64 мм.

Объем призмы составит
32 мм•17 мм•9,238 мм = 5025 мм³= 5,025 см³
Объем блока физического расщепления пучка составит
0,5•(17 мм•16 мм•9,238 мм) = 1256 мм³ = 1,256 см³
Объем выравнивающей пластины диаметром 18 мм составит
3,14•81 мм²•9,238 мм = 2349 мм³ = 2,349 см³
Суммарный объем стекла при использовании 30^o призм составит
(5,025•2)+1,256+2,349 = 13,655 см³
Так как в прототипе показатель преломления стекла призм должен превышать 1,65, то целесообразно использовать стекло ТК21 с показателем преломления 1,66 и плотностью 3,98 г/см².

Для 30^o призм подходит практически любое стекло, поэтому целесообразно использовать наиболее распространенное и дешевое стекло К8 с показателем преломления 1,5183 и плотностью 2,52 г/см². При выбранных марках стекла масса стеклодеталей призменной системы составит
для 45^o призм 25,276 см³•3,98 г/см² = 100,61 г;
для 30^o призм 13,655 см³•2,52 г/см³ = 34,4 г.

Выигрыш в массе составит 66,2 г, что для некоторых применений бинокулярной зрительной трубы ночного видения является решающим, например в очках ночного видения, закрепляемых на маске.

Действительно, при средней массе очков ночного видения, равной 600 г, уменьшение массы составляет 11%. За счет использования более дешевого стекла и уменьшения его массы снижается себестоимость стеклодеталей призменной системы в 2 раза, что ориентировочно составляет снижение себестоимости очков ночного видения на 5%. Кроме того, высота (в) 30^o призмы при базе глаз 64 мм и ширине 17 мм составляет 9,238 мм, тогда как высота 45^o призмы при той же ширине и базе глаз составляет 17 мм, т.е. высота 30^o призмы меньше, чем 45^o призмы на 7,762 мм, что для двух призм составит 15,524 м. Использование корректора аберраций, расположенного вблизи экрана ЭОПа, т.е. практически внутри самого ЭОПа, позволяет дополнительно уменьшить длину прибора на 5 мм. Суммарное уменьшение длины прибора составит 20 мм. За счет уменьшения высоты призм уменьшается длина корпуса прибора, в котором установлены призмы, что еще позволяет на 40-60 г снизить массу прибора, т.е. общее снижение массы составляет более 100 г, а это уже 17% снижения массы, т.е. вместо 600 г можно получить массу прибора 500 г.

На базе предлагаемого изобретения изготовлены очки ночного видения, по техническим характеристикам идентичные зарубежным типа 10002 фирмы "Орлил", Израиль, имеющим массу 626 г и длину 160 мм, а очки в соответствии с предлагаемым изобретением имеют массу 490 г и длину 140 мм. Сравнение по себестоимости изготовления с зарубежными очками ночного видения не корректно, т. к. стоимость рабочей силы за рубежом значительно выше, чем в России, поэтому себестоимость очков 10002 составляет примерно $ 3000, а расчетная себестоимость разработанных очков составляет $ 1600. Однако для одного и того же предприятия-изготовителя себестоимость снижается не менее чем на 5% при использовании 30^o призм с малым показателем преломления вместо 45^o призм с показателем преломления больше 1,65. Таким образом, заявляемые цели: снижение себестоимости, массы и длины достигнуты и подтверждены практически.

Бинокулярная зрительная труба содержит фронтальный объектив, электронно-оптический преобразователь, корректор аберраций, коллимационный объектив и бинокулярную телескопическую систему. Бинокулярная телескопическая система состоит из дополнительного объектива, блока расщепления пучка, системы призм, содержащей две ромб-призмы, и двух окуляров. Система призм выполнена из стекла с коэффициентом преломления менее 1,6. Ромб-призмы выполнены с углами при вершине 30^o. Обеспечиваются уменьшение себестоимости, массы и длины прибора. 1 ил.

Бинокулярная зрительная труба ночного видения, содержащая фронтальный объектив, электронно-оптический преобразователь, коллимационный объектив и бинокулярную телескопическую систему, состоящую из дополнительного объектива, блока расщепления пучка, системы призм, содержащей две ромб-призмы, и двух окуляров, отличающаяся тем, что система призм выполнена из стекла с коэффициентом преломления менее 1,6, ромб-призмы выполнены с углами при вершине 30^o, а между электронно-оптическим преобразователем и коллимационным объективом установлен корректор аберраций.