ПРИБОР ДЛЯ НОЧНОГО И ДНЕВНОГО НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G02B23/12 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для визуального наблюдения удаленных предметов в ночных и дневных условиях.

Известен прибор для ночного и дневного наблюдения и прицеливания [1], который содержит ночной и дневной каналы, причем оба канала имеют один общий вход через зеркальную головку и защитное стекло. Ночной канал содержит зеркальную головку, выполненную с возможностью поворота вокруг оптической оси головного объектива, головной объектив, призменный блок со спектроделительным покрытием, поворотное переключающее зеркало, светофильтры и электронно-оптический преобразователь (ЭОП), совмещенный с ПЗС-матрицей. Дневной канал содержит зеркальную головку, головной объектив, призменный блок, коллектив, зеркало, сменные оборачивающие системы и светофильтр. В плоскости изображений дневного канала расположена ПЗС-матрица. Недостатком данного прибора является его большая длина, составляющая 360×300 мм по оптическим элементам, а также сравнительно невысокие коэффициенты пропускания ночного и дневного каналов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому решению является прибор для ночного/дневного наблюдения [2]. Прибор состоит из ночного и дневного каналов, имеющих общий окуляр, при этом ночной канал содержит объектив, электронно-оптический преобразователь, призму, линзовую оборачивающую систему. Оборачивающая система состоит из двух линзовых групп и переносит изображение с экрана ЭОПа в переднюю фокальную плоскость окуляра. Дневной канал содержит объектив и устройство отклонения лучей, выполненное в виде откидывающегося зеркала, причем линзовая группа, которая в ночном канале является частью оборачивающей системы, в дневном канале выполняет роль объектива. Общий окуляр служит для рассматривания промежуточного изображения, получаемого после оборачивающей системы в ночном канале и после объектива - в дневном. Недостатком прототипа является то, что ночной и дневной каналы имеют одно фиксированное поле зрения, невысокий коэффициент пропускания обоих каналов: коэффициент пропускания данного прибора в ночном канале для спектрального интервала 680-920 нм до ЭОПа с применением зеркально-линзового объектива порядка 0.7, после ЭОПа - в спектральном интервале 460-660 нм не более 0.5, в дневном канале коэффициент пропускания в спектральном интервале 480-660 нм порядка 0.5. Наблюдение за объектом в дневном и ночном каналах осуществляется в окуляр, что приводит к быстрой утомляемости оператора.

Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение коэффициента пропускания оптической системы прибора для обоих каналов, сокращение габаритов прибора и улучшение условий эксплуатации.

Прибор для ночного и дневного наблюдения состоит из ночного и дневного каналов, имеющих объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), оборачивающую систему и общую плоскость изображений, причем объектив является общим для ночного и дневного каналов и выполнен в виде объектива с дискретным изменением фокусного расстояния, после объектива введен уголковый отражатель, состоящий из двух зеркал, введен оптический модуль, включающий в себя блок светофильтров и коллектив, при этом ЭОП и оптический модуль образуют блок смены каналов, выполненный с возможностью попеременного ввода их на оптическую ось и расположенный между уголковым отражателем и оборачивающей системой, причем оборачивающая система является общей для ночного и дневного каналов и выполнена в виде светосильного объектива, а в плоскости изображения установлена ПЗС-матрица.

В частности, уголковый отражатель выполнен с углом отклонения лучей 180°.

Для дневного и ночного каналов используется общий объектив, представляющий собой объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, что обеспечивает два поля зрения. Введение за общим объективом уголкового отражателя, состоящего из двух зеркал, позволяет компактно разместить блок смены каналов, включающий в себя оптический модуль и ЭОП, выполненный с возможностью попеременного ввода их на оптическую ось, что сокращает продольные размеры прибора. В ночном канале изображение, формируемое объективом, попадает на фотокатод ЭОПа и далее переносится электронным путем на экран ЭОПа. Оборачивающая система, являющаяся общей для ночного и дневного каналов и выполненная в виде светосильного объектива, оптически сопрягает изображение после объектива с дискретным изменением фокусного расстояния с ПЗС-матрицей, причем в ночном канале оборачивающая система сопрягает изображение на экране ЭОПа с ПЗС-матрицей, изображение с которой электронным путем передается на монитор, и тем самым создаются более благоприятные условия работы оператора, чем при наблюдении в окуляр. В дневном канале вместо ЭОПа вводится оптический модуль, включающий в себя блок светофильтров, служащих для выделения спектрального диапазона 520-750 нм, и коллектив, служащий для сопряжения зрачков объектива и оборачивающей системы, а оборачивающая система оптически сопрягает плоскость изображения общего объектива с ПЗС-матрицей, которая является единой для ночного и дневного каналов. Использование в обоих каналах общего объектива, уголкового отражателя и общей оборачивающей системы минимизирует число оптических элементов, повышая тем самым коэффициент пропускания дневного и ночного каналов, и уменьшает габариты прибора.

На чертеже изображена оптическая схема прибора для ночного и дневного наблюдения. Прибор содержит ночной и дневной каналы. Оба канала имеют общий объектив 1 с дискретным изменением фокусного расстояния, что позволяет при одном и том же размере в плоскости изображения объектива иметь два поля зрения в пространстве предметов (в поле наблюдения). За объективом 1 введен уголковый отражатель, состоящий из двух зеркал 2 и 3, с углом отклонения лучей 180°. За вторым зеркалом 3 уголкового отражателя в фокальной плоскости объектива 1 расположен блок смены каналов 4, включающий в себя ЭОП 5 и оптический модуль, содержащий светофильтры 6, 7 и коллектив 8. В ночном канале на оптическую ось после уголкового отражателя вводится ЭОП 5. Изображение с экрана ЭОПа 5 переносится оборачивающей системой 9 на ПЗС-матрицу 10. Оборачивающая система 9 выполнена в виде светосильного объектива. В дневной канал вместо ЭОПа 5 вводится оптический модуль, включающий в себя светофильтры 6, 7 и коллектив 8. Светофильтры 6 и 7 служат для ограничения области спектра диапазоном длин волн от 520 нм до 750 нм. Коллектив 8 служит для согласования выходного зрачка объектива 1 со входным зрачком оборачивающей системы 9. Оборачивающая система 9 оптически сопрягает плоскость изображения объектива 1 с плоскостью ПЗС-матрицы 10, причем плоскости изображения после оборачивающей системы 9 в дневном и ночном каналах совпадают, что позволяет разместить в этой плоскости единую ПЗС-матрицу 10. Изображение, создаваемое в дневном и ночном каналах, передается электронным путем с ПЗС-матрицы на монитор. Применение объектива, имеющего два значения фокусного расстояния, обеспечивает два поля зрения в пространстве наблюдения. Использование в ночном и дневном каналах единой оборачивающей системы позволяет уменьшить поперечные габариты прибора. Применение минимального количества оптических элементов в приборе повышает коэффициент пропускания дневного и ночного каналов.

В процессе работы в ночных условиях параллельный пучок лучей, попадающий на объектив 1, фокусируется и после отражения от зеркал 2 и 3 строит изображение на фотокатоде ЭОПа 5. Изображение с фотокатода электронным путем передается на экран ЭОПа и через оборачивающую систему 9 сопрягается с ПЗС-матрицей 10. Изображение с ПЗС-матрицы 10 электронным путем переносится на монитор и рассматривается оператором при работе прибора как в дневном, так и в ночном каналах. При работе в дневных условиях вместо ЭОПа 5 на оптическую ось вводится оптический модуль, включающий в себя светофильтры 6,7 и коллектив 8, который служит для согласования выходного зрачка объектива 1 со входным зрачком оборачивающей системы 9. Изображение, полученное после объектива 1, оптически сопрягается оборачивающей системой 9 с ПЗС-матрицей 10.

В соответствии с предложенным решением был выполнен расчет и конструирование конкретной оптической схемы прибора для ночного и дневного наблюдения. Данный прибор обеспечивает пропускание лучей в ночном канале для спектрального интервала 580 нм-900 нм до ЭОПа с применением объектива с дискретным изменением фокусного расстояния не менее 0.75, после ЭОПа в спектральном интервале 480-750 нм не менее 0.6. Габариты прибора по элементам оптической системы составляют порядка 200×140 мм. Фокусное расстояние общего объектива составляет 114 мм и 228 мм. Увеличение оборачивающей системы -0.48^x. Угловые поля зрения в ночном и дневном каналах 2W₁=6°41’×5° и 2W₂=3°22’×2°34’.

Источники информации

1. Заявка РБ №а19990895, МКИ G 02 B 23/12, публ. 30.03.2001 г., бюл.№1.

2. Патент RU №2068193 С1, МКИ G 02 B 23/12, публ. 1996 г.

Прибор для ночного и дневного наблюдения состоит из ночного и дневного каналов, имеющих объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), оборачивающую систему и общую плоскость изображений. Объектив является общим для ночного и дневного каналов и выполнен в виде объектива с дискретным изменением фокусного расстояния. После объектива введен уголковый отражатель, состоящий из двух зеркал, а также введен оптический модуль, включающий в себя блок светофильтров и коллектив. ЭОП и оптический модуль образуют блок смены каналов, выполненный с возможностью попеременного ввода их на оптическую ось, и расположенный между уголковым отражателем и оборачивающей системой. Оборачивающая система является общей для ночного и дневного каналов и выполнена в виде светосильного объектива, а в плоскости изображения установлена ПЗС-матрица. Уголковый отражатель может быть выполнен с углом отклонения лучей 180°. Обеспечивается расширение функциональных возможностей, повышение коэффициента пропускания оптической системы прибора для обоих каналов, сокращение габаритов и улучшение условий эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Прибор для ночного и дневного наблюдения, состоящий из ночного и дневного каналов, имеющих объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), оборачивающую систему и общую плоскость изображений, отличающийся тем, что объектив является общим для ночного и дневного каналов и выполнен в виде объектива с дискретным изменением фокусного расстояния, после объектива введен уголковый отражатель, состоящий из двух зеркал, введен оптический модуль, включающий в себя блок светофильтров и коллектив, при этом ЭОП и оптический модуль образуют блок смены каналов, выполненный с возможностью попеременного ввода их на оптическую ось и расположенный между уголковым отражателем и оборачивающей системой, причем оборачивающая система является общей для ночного и дневного каналов и выполнена в виде светосильного объектива, а в плоскости изображения установлена ПЗС-матрица.2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что уголковый отражатель выполнен с углом отклонения лучей 180°.