КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 2013 года по МПК G02B23/12 

Изобретение относится к оптическому и оптико-электронному приборостроению и, в частности, к наблюдательным приборам для тепловизионного и ночного наблюдения.

Известен патент WO 2007/044582 A1 на очки ночного видения. Этот прибор содержит тепловизионный канал, включающий объектив, матрицу фотоэлементов, плоский дисплей и лупу; ночной канал, включающий объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) со сферическим экраном, общую с тепловизионным каналом лупу; систему коммутации каналов, выполненную в виде светоделительной пластины, а также канал записи изображения ночного и тепловизионного каналов, включающий в себя плоский дисплей, электронно-оптический преобразователь ЭОП, проекционный объектив, ПЗС матрицу и светоделительную пластину.

Недостатком такого технического решения является применение светоделительной пластины, не позволяющей наблюдать изображение экрана ЭОПа с одинаковой яркостью по полю, а также неудобство наблюдения в общую для двух каналов лупу плоского дисплея и сферического экрана ЭОПа, так как для наблюдения изображения одного и того же внеосевого объекта наблюдения на плоском дисплее и сферическом экране ЭОПа необходима переаккомодация глаза. Применение общей лупы в тепловизионном и ночном каналах не позволяет выровнять значения увеличений каналов при отличающихся между собой размерах плоского дисплея и чувствительной площадки матричного приемника излучения.

Наиболее близким техническим решением является устройство дневного-ночного видения (патент США №7813037 B2).

Это устройство дневного-ночного видения содержит тепловизионный канал, включающий объектив, один или несколько отражающих компонентов, матрицу фотоэлементов, плоский дисплей и двухкомпонентную лупу; ночной канал, включающий объектив, один или несколько отражающих компонентов, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) со сферическим экраном и лупу, являющуюся вторым компонентом тепловизионного канала, а также систему коммутации каналов, выполненную в виде светоделительной призменной системы.

Первый компонент лупы тепловизионного канала формирует кривизну фронта излучения плоского дисплея тепловизионного канала, приближая ее к кривизне фронта излучения сферического экрана ЭОПа, что позволяет рассматривать одновременно четко сферический экран ЭОПа и плоский экран дисплея. При этом оптическая сила первого компонента лупы тепловизионного канала достаточна для формирования кривизны фронта излучения плоского дисплея, но слишком мала, чтобы значительно влиять на оптическую силу лупы тепловизионного канала.

Недостатком такого технического решения является невозможность компенсации разности геометрических увеличений в тепловизионном и ночном каналах наблюдения при несовпадении размеров дисплея и матричного приемника излучения.

Технической задачей изобретения является создание комбинированного двухканального наблюдательного прибора, в котором возможно наблюдение в тепловизионном и ночном каналах с одинаковыми значениями геометрических увеличений, что позволяет обеспечить режим совместной работы тепловизионного и ночного каналов с наложением изображений.

Для решения этой задачи предлагается комбинированный двухканальный наблюдательный прибор, содержащий тепловизионный канал, состоящий из объектива тепловизионного канала, матричного приемника излучения, плоского дисплея, лупы тепловизионного канала, светоделительного кубика; ночной канал, состоящий из объектива ночного канала, электронно-оптического преобразователя с плоским экраном, лупы ночного канала и общего с тепловизионным каналом светоделительного кубика, причем лупа тепловизионного канала выполнена двухкомпонентной, между компонентами которой установлен светоделительный кубик, второй ее компонент является лупой ночного канала и выполнены следующие условия:

-50≤Ф1≤-30; ; ;

где

Ф1 - оптическая сила первого компонента лупы тепловизионного канала,

Ф2 - оптическая сила второго компонента лупы тепловизионного канала,

d1 - воздушное расстояние между первым компонентом лупы тепловизионного канала и светоделительным кубиком,

d2 - воздушное расстояние между светоделительным кубиком и вторым компонентом лупы тепловизионного канала,

n - показатель преломления материала светоделительного кубика,

- фокусное расстояние второго компонента лупы тепловизионного канала,

Флупы ночн. - оптическая сила лупы ночного канала,

Флупы тепл. - оптическая сила лупы тепловизионного канала,

hм - вертикальный размер чувствительной площадки матричного приемника излучения,

Фоб.ночн. - оптическая сила объектива ночного канала,

Гэоп - увеличение электронно-оптического преобразователя,

hd - высота экрана дисплея,

Фоб.тепл. - оптическая сила объектива тепловизионного канала,

Lкуб. - длина хода луча в светоделительном кубике.

Сущность изобретения состоит в том, что использование электронно-оптического преобразователя с плоским экраном позволяет согласовать волновые фронты излучений экрана ЭОПа и дисплея тепловизионного канала, а техническое решение лупы тепловизионного канала в соответствии с вышеприведенными аналитическими выражениями позволяет выровнять значения увеличений тепловизионного и ночного каналов, что дает возможность выделить тепловые объекты и определить их положение на местности, используя наложение изображений тепловизионного и ночного каналов при их одновременной работе в едином масштабе.

На фиг.1 представлена оптическая система комбинированного двухканального наблюдательного прибора, содержащего ночной канал, состоящий из объектива ночного канала 1, электронно-оптического преобразователя с плоским экраном 2 и лупы ночного канала 3, являющейся вторым компонентом лупы тепловизионного канала; тепловизионный канал, состоящий из объектива тепловизионного канала 5, матричного приемника излучения 6, плоского дисплея 7 и лупы тепловизионного канала, состоящей из первого компонента 4 и второго компонента 3. Система оптической коммутации каналов выполнена в виде светоделительного кубика 8.

Прибор работает следующим образом.

В режиме тепловизионного наблюдения излучение от наблюдаемого объекта проходит объектив тепловизионного канала 5 и формирует тепловое изображение на матричном приемнике излучения 6. Визуализируемое тепловое изображение на плоском дисплее рассматривается с помощью двухкомпонентной лупы 3, 4 и светоделительного кубика 8.

В режиме ночного наблюдения световой пучок от наблюдаемого объекта проходит объектив ночного канала 1 и собирается на электронно-оптическом преобразователе с плоским экраном 2. Изображение, преобразованное электронно-оптическим преобразователем с плоским экраном 2, рассматривается с помощью лупы ночного канала 3 и светоделительного кубика 8.

С использованием предлагаемого технического решения создан комбинированный двухканальный наблюдательный прибор для тепловизионного и ночного наблюдения со следующими характеристиками:

  Ночной канал Тепловой канал Увеличение, крат 1,9 1,9 Поле зрения, градус 20 11×8,3 Фокусное расстояние лупы, мм 26,7 32,0

Прибор содержит тепловизионный канал, состоящий из объектива тепловизионного канала, матричного приемника излучения, плоского дисплея, лупы тепловизионного канала, светоделительного кубика, и ночной канал, состоящий из объектива ночного канала, электронно-оптического преобразователя с плоским экраном, лупы ночного канала и общего с тепловизионным каналом светоделительного кубика. Лупа тепловизионного канала выполнена двухкомпонентной, между компонентами которой установлен светоделительный кубик. Лупа тепловизионного канала является лупой ночного канала. Выполняются указанные в формуле изобретения соотношения между параметрами компонентов прибора. Технический результат - обеспечение наблюдения в тепловизионном и ночном каналах с одинаковыми значениями геометрических увеличений для работы с наложением изображений. 1 ил.

Комбинированный двухканальный наблюдательный прибор, содержащий тепловизионный канал, состоящий из объектива тепловизионного канала, матричного приемника излучения, плоского дисплея, лупы тепловизионного канала, светоделительного кубика; ночной канал, состоящий из объектива ночного канала, электронно-оптического преобразователя, лупы ночного канала, и общего с тепловизионным каналом светоделительного кубика, отличающийся тем, что применен электронно-оптический преобразователь с плоским экраном, а лупа тепловизионного канала выполнена двухкомпонентной, между компонентами которой установлен светоделительный кубик, второй ее компонент является лупой ночного канала и выполнены следующие условия:
-50≤Ф1≤-30;

где Ф1 - оптическая сила первого компонента лупы тепловизионного канала;
Ф2 - оптическая сила второго компонента лупы тепловизионного канала;
d1 - воздушное расстояние между первым компонентом лупы тепловизионного канала и светоделительным кубиком;
d2 - воздушное расстояние между светоделительным кубиком и вторым компонентом лупы тепловизионного канала;
n - показатель преломления материала светоделительного кубика;
- фокусное расстояние второго компонента лупы тепловизионного канала;
Флупы ночн - оптическая сила лупы ночного канала;
Флупы тепл - оптическая сила лупы тепловизионного канала;
hм - вертикальный размер чувствительной площадки матричного приемника излучения;
Фоб.ночн - оптическая сила объектива ночного канала;
Гэоп - увеличение электронно-оптического преобразователя;
hd - вертикальный размер экрана дисплея;
Фоб.тепл - оптическая сила объектива тепловизионного канала;
Lкуб - длина хода луча в светоделительном кубике.