CN1987545B - 指示灯在使用纤维光学屏幕的夜视设备中的显示 - Google Patents

指示灯在使用纤维光学屏幕的夜视设备中的显示 Download PDF

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Abstract

夜视设备包括布置成彼此在操作上具有联系的图像增强管和纤维光学屏幕。纤维光学屏幕包括多个纵向光学纤维束，这些束具有外表面。凹槽在纤维光学屏幕中形成并且与纵向束成横向地延伸。指示器位于束的外表面附近并且邻近凹槽，其中，凹槽配置成用于将从指示器发射的光线改变成朝向目镜以便于使用者观察。凹槽可以形成为使其圆周绕着纵向束的一部分外表面。凹槽包括多个切削光学纤维的端部表面，并且凹槽配置成将指示器发射的光线改变成经过多个切削光学纤维的端部朝向使用者。

Description

指示灯在使用纤维光学屏幕的夜视设备中的显示
技术领域
本发明总体上涉及夜视设备领域。更具体地，本发明涉及指示灯在使用纤维光学屏幕的夜视设备的目镜视场中的显示，例如“电池电量过低”。
背景技术
图像增强设备可以增大它们所接收的入射光的数量并且提供增强的光线输出，该输出可以提供给照相机或者直接提供给观察者的眼睛。图像增强器具有构造各异的多种应用，因此其形状和尺寸都会有很大的不同。这些设备对于暗区成像尤其有用，在工业和军事上都有应用。例如，图像增强器用在夜视眼镜中用于提高飞行员和执行隐蔽操作的其它军事人员提高夜视觉。它们应用在监视器中，并且应用在医疗器械中用于减轻一些症状例如色素性视网膜炎(夜盲)。
图像增强器包括主动元件、支撑元件和供给元件。主动元件包括光阴极(通常简称为“阴极”)、微通道板(MCP)、纤维光学屏幕(屏)和吸气剂。阴极检测到光图像并且将光图像变成电子图像。MCP放大电子图像并且屏幕将电子图像变回光图像。吸气剂吸收在管的操作期间产生的气体。
支撑元件包括通过物理方法支撑管的主动元件的机械元件。在标准的管中，这些支撑元件为真空密封外壳(被称为主体)、输入面板(有时也称为“阴极”)和输出面板或光导纤维(也称为“屏”)。
管中的供给元件包括沉积在朝向阴极的面板上的铬触点、沉积在光导纤维或输出面板上的屏幕铝触点和MCP玻璃上的喷涂金属。此外，主体组件中的金属零件还提供电触点。
光导纤维将屏幕产生的图像导向便利的位置以便系统光学部件可以将图像适当地导向目镜平面。
图像增强管的三个主要部件是光阴极、纤维光学屏幕(阳极)和布置在光阴极和阳极之间的MCP。这三个部件位于抽真空罩或真空密封外壳内，因此允许电子从光阴极经过MCP流向阳极。为了操作图像增强管，光阴极和阳极通常连接至电源，藉此阳极保持比光阴极更高的正电势。类似地，MCP进行偏压并且操作从而增大光阴极进行的电子发射的密度。另外，因为光阴极、MCP、和阳极都带有不同的电势，所以当夹持在真空外壳中时，三个部件彼此都电绝缘。
通过通常为环带形式的高压电源向光阴极、MCP和阳极提供功率。电源通常被轴向对准以便围绕着图像管。
希望向夜视设备的使用者显示“电池电量过低”的指示和/或“红外光源开”的指示。这可以通过使用布置的在夜视设备外部的低亮度灯向使用者警示电源和/或其它部件的状态来实现。LED也可以安装在夜视设备的外部外壳表面的便利位置上。
然而，在夜视设备外表面上使用指示灯具有不足之处。为了观察到指示光，使用者的视线必须离开目镜的视场观察指示灯。在看到指示灯后，使用者再重新开始透过目镜观察视场，但是这很可能只能在经过长时间的眼睛调焦之后才能进行。另外，安装在夜视设备外表面上的指示灯有可能泄漏使用者的位置。
因此需要一种改进的手段通过视觉通知使用者其夜视设备的状态。本发明正符合这种需要。
发明内容
为了符合这些和其它的需要，并且鉴于本发明的目的，本发明提供了一种包括图像增强管和纤维光学屏幕的夜视设备，其中图像增强管和纤维光学屏幕布置成彼此在操作上具有联系。纤维光学屏幕具有纵向的多个光学纤维的束，这些束具有外表面。凹槽在纤维光学屏幕中形成并且与纵向束成横向地延伸。指示器位于束的外表面附近并且邻近凹槽，其中，凹槽配置成用于改变从指示器发射的光线线路以便于使用者观察。凹槽可以绕着纵向束的一部分外表面沿圆周地形成。凹槽也可以绕着纵向束外表面的整个周长沿圆周地形成。凹槽包括多个切削光学纤维的端部表面，并且凹槽配置成将指示器发射的光线改变成经过多个切削光学纤维的端部朝向使用者。指示器可以沿径向远离纤维光学屏幕外表面，远离距离大约为纵向束外径部分的值的1-2倍，其中纵向束布置在图像视场的外部。
本发明的另一个实施例是一种包括光阴极和阳极的夜视设备，该光阴极和阳极设计成向使用者提供图像，阳极包括用于引导光线从图像转向使用者的目镜的纤维光学屏幕。纤维光学屏幕包括多个纵向的光学纤维束，光学纤维提供对光线的引导。凹槽在纤维光学屏幕中形成并且与纵向束成横向地延伸。指示器位于束的外表面附近并且邻近凹槽，其中，凹槽配置成用于将从指示器发射的光线改变成朝向目镜以便于使用者观察。凹槽包括多个切削光学纤维的端部表面，并且凹槽配置成将指示器发射的光线改变成经过多个切削光学纤维的端部朝向使用者。指示器可以包括两个或更多个发光二极管(LED)，并且多个LED绕着凹槽沿圆周隔开布置，其中凹槽绕着纤维光学屏幕沿着圆周形成。
本发明的另外一个实施例是向夜视设备的使用者提供警示的一种方法，其中夜视设备包括用于将光线从图像导向使用者的纤维光学屏幕和用于向夜视设备供电的电源。该方法包括如下步骤：(a)配置电源与纤维光学屏幕组装在一起；(b)放置至少一个指示器以便在电源表面提供警示；(c)在纤维光学屏幕的外表面中切出凹槽；和(d)在组装期间使凹槽对准指示器，以便从指示器发射的光线可以进入凹槽；其中，在凹槽与指示器对齐以后，射入凹槽的光线通过纤维光学屏幕改变线路朝向使用者。步骤(c)可以包括：与纤维光学屏幕的纵向尺寸成横向地切出凹槽，凹槽在径向上切削的深度小于或等于纤维光学屏幕的外径部分的径向宽度，外径部分包括位于夜视设备的视场之外的多个光学纤维束。
应当理解，前述的概括说明和如下的详细说明都是示例性的，而不是限制性的。
附图说明
结合附图阅读如下的详细说明可以最佳地理解本发明。包括在一个附图中的是如下的图形：
图1是根据本发明实施例的夜视设备的示意图，显示了在纤维光学屏幕上切出的凹槽；
图2是根据本发明实施例的夜视设备的放大示意图，显示了发光二极管(LED)向夜视设备中的凹槽发射光线，该夜视设备将发射光改变线路朝向观察者使用的目镜；
图3A是根据本发明实施例的图1的纤维光学屏幕的放大示意图，显示了在纤维光学屏幕的外部切出的凹槽；
图3B是凹槽的放大的视图，该凹槽在图3A所示的纤维光学屏幕的额外光纤上切出；和
图4是根据本发明实施例的示例性夜视设备的剖面图，显示了在纤维光学屏幕上切出的横向凹槽。
具体实施方式
在目镜的视场之外使用指示器会阻碍连续观察指示器并且可能会潜在地泄漏使用者的位置。安装LED，这样它可以位于目镜的视场中，使装配和修理变得复杂并且限制了其它光学部件可用的空间。如将要说明的，多个LED朝向图像管的一段暴露的纤维光学屏幕定向，这样，就可以利用切在光导纤维侧面上的浅凹槽使光线传输到纤维光学屏幕的可视部分。这种方法在图像视场的边缘上有利地提供了指示器。纤维光学屏幕中用于使光线从指示器传输到观察者的部分并不用于从屏幕到目镜显示图像。因此，正被观察的图像的信息没有损失。另外，简化了包装的图像管和电源在夜视设备中的组件，因为在安装之前，指示器已经与组件为一个整体。
参见图1，显示了夜视设备10的示意图。应该理解，该夜视设备10是由Virginia的Roanoke的ITT Night Vision目前制造的类型。在夜视设备10的入口侧，物镜12从景象收集低强度的光线并且向图像增强管14传输。图像增强管14增强从物镜组件12接收到的光线并且将增强的光线传输到纤维光学屏幕20，该纤维光学屏幕20提供用于使光线从图像增强管14侧面射入纤维光学屏幕另一端所在方向的传像管，应当理解，纤维光学屏幕20包括熔融在一起形成光线的传导管的多根纤维。应当理解，虽然未显示，但是纤维光学屏幕20可以扭转或弯曲以便可以在图像增强管和目镜22之间提供几乎任何期望的路径。
如图所示，纤维光学屏幕20的输出侧连接至向使用者提供聚焦图像的目镜22。因此使用者可以观察到增强的图像，该增强的图像从物镜12处的夜视设备的输入侧传输到目镜22处的输出侧。如已知的那样，图像可以反转或者可以具有另一个尺寸，然后图像进入夜视设备。
仍然如图1所示，在图1所示的配置中的电源15为围绕着图像增强管14和纤维光学屏幕20的环形样式。在示例性实施例中，所示的电源包括位于环形电源15表面并且邻近纤维光学屏幕20的外柱面的两个指示器16和18。应当理解，如果需要的话，可以有两个以上的指示灯围绕环形电源15的内表面定位。
在纤维光学屏幕的外部切出浅凹槽，记为凹槽24。凹槽24完全包住纤维光学屏幕20的外部。通过在纤维光学屏幕20的外部切出浅凹槽，然后，从与电源15为一个整体的指示器16和18照射的光线就可以通过设置在纤维光学屏幕20内部的光导纤维通道传输到使用者一端。应当理解，凹槽24不会干扰纤维光学屏幕部分，该纤维光学屏幕用于显示在使用者的视场中观察到的景象。如所说明的那样，通过宽度D1表示的纤维光学屏幕20的外部定义为纤维光学屏幕20的不被使用的部分。纤维光学屏幕20中为连接D1外部的部分定义为纤维光学屏幕20的有用部分。
接下来参见图2，其中显示了相同的夜视设备10。如图所示，夜视设备10的前端包括物镜12并且夜视设备的后端包括目镜22。位于物镜12和目镜22之间的是图像增强管14和纤维光学屏幕20。纤维光学屏幕20的输入侧包括荧光层，荧光层为物镜12映入的视场提供图像屏幕。荧光屏总体上指定为元件26。
应当理解，为了解释，纤维光学屏幕20已经放大了，并且显示出它的光导纤维已经成束以便形成纤维光学屏幕20。凹槽显示位于纤维光学屏幕20中，总体上指定为元件24。凹槽具有深度D1，如图所示。指示器，例如LED 16，作为电源15(图1所示)的一部分邻近凹槽24定位。为了清晰起见，图1所示的环形的凹槽从图2中省略了。
由光线28表示的LED 16发射的光投射到凹槽24上并且进入到一部分光导纤维中，这些光导纤维是位于包括光导纤维元件20的光导纤维束中。在纤维光学屏幕20外部之内、具有宽度D1的光导纤维将射入的光线向纤维光学屏幕20两端传输。如图所示，一些光线28朝向纤维光学屏幕20前端传输并且由荧光屏26挡住。另一方面，一些光射线28朝向纤维光学屏幕20后端传输，以便最终离开纤维光学屏幕20并且传输到目镜22上。透过目镜22观察图像的使用者可以很容易地看见LED 16提供的指示。
接下来参见图3A和图3B，图中显示了与光导纤维束20相关的凹槽24。如图所示，纤维光学屏幕20包括具有主动图像纤维的内部和指示为额外纤维的部分，它们在使用者观察的主动图像部分的外部。
由额外纤维表示的纤维光学屏幕20的外部具有宽度D2。指定为24的在额外纤维上切出的凹槽部分具有深度D1。应当理解，凹槽可以具有几乎与宽度D2相等的深度D1，如图3B所示。凹槽24的形状和深度并不是非常重要的。
按照上面讨论的，切出的凹槽24的形状并不是非常重要的。在一个示例实施例中，凹槽24的深度大约为0.5毫米(D1)。额外纤维部分的宽度可以大约为1毫米(D2)。
应当理解，凹槽24并非必须为环形并且完全包住光导纤维元件20。例如，如果仅仅需要一个LED向使用者提供指示，那么凹槽就可以仅仅是更小的凹槽并且并不需要完全围绕着光导纤维元件20。另一方面，如果希望具有两个或者三个或者更多的指示器，那么就可以更快并且更便宜地提供完全围绕着纤维光学屏幕20的环形槽24。然后指示器可以定位成围绕着纤维光学屏幕并且在邻近凹槽24的一个或多个位置上由电源包住。向使用者提供警示的指示器4可以具有不同于多个LED的其它类型。如图1所示，例如指示器16可以是红外线照明指示器，指示器18可以是电池电量过低指示器。
参见图2，在一个示例实施例中，LED 16可以位于离开纤维光学屏幕20的外表面1-2毫米的地方。这种定位对于允许LED发射的光线传输到纤维并且传输到使用者是适合的。
在另一个示例性实施例中，LED 16可以是红色的，LED 18可以是黄色的。
在可选实施例中，虽然不是优选的手段，但是凹槽24可以必纤维光学屏幕20的额外纤维的宽度延伸得更深。这种实施例可以起作用并且向使用者提供LED指示器的改道。当然，这种实施例会干扰物镜42成像并且由图像增强管14增强的视场。
接下来参见图4，显示了示例性夜视设备40的剖面图。如图所示，在夜视设备40的入口侧上，存在几个物镜，总体上由42表示。在夜视设备40的出口侧上，有几个镜头用作观察者观察的目镜，目镜总体上由48指定。物镜42从景象收集低强度的光线并且将它传输到图像增强管44。图像增强管使从物镜42接收到的光线增强，并且将增强的光线传输到光束组合器46上。在夜视设备40顶部进入物镜42的平行光线被校准并且传输到光束组合器46。光束组合器46使从物镜42顶部和底部来的光线组合起来并且使它通过目镜48向前输送给观察者。
在纤维光学屏幕52中切出了凹槽，凹槽总体上由元件50指定。虽然在图4中未示出，但是指示器例如可以是电源15的外表面的一部分的LED 16或者LED 18(图1)，可以定位成邻近凹槽50，如图2所示邻近凹槽24(图2)。
虽然在此参照特定实施例显示并且描述了本发明，但是本发明并非旨在限制于所示的细节。而是可以对权利要求的等效范围内的细节做出各种改进而不脱离本发明。

Claims (20)

1.一种夜视设备，包括：
布置成彼此在操作上具有联系的图像增强管和纤维光学屏幕，
包括纵向的多个光学纤维的束的纤维光学屏幕，所述束具有外表面，
在纤维光学屏幕中形成并且与纵向束成横向地延伸的凹槽，以及
位于束外表面附近并且邻近凹槽的指示器，
其中，凹槽配置成改变指示器发射的光线的路线以用于使用者观察。
2.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，
凹槽被形成为圆周地绕着纵向束的一部分外表面。
3.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，
凹槽被形成为圆周地绕着纵向束外表面的整个周长。
4.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，
指示器与电源外壳为一个整体，以及
指示器被放置成向电源外壳外侧并且朝向凹槽发射光线。
5.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，
指示器被定位成沿径向远离纵向束中心，并且沿径向邻近凹槽。
6.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，包括
目镜，布置成与光学纤维束沿纵向对齐，用于接收从指示器发射的被改变线路的光线。
7.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，
凹槽包括多个切削的光学纤维的端部表面，以及
凹槽配置成将指示器发射的光线改变成经过多个切削的光学纤维的端部朝向使用者。
8.如权利要求1所述的夜视设备，其特征在于，
纵向束包括内径部分和外径部分，内径部分配置成从图像增强管接收在视场内部的图像，外径部分配置成位于图像视场外部，
外径部分具有径向尺寸D2，凹槽具有径向深度D1，并且
D1的值小于或等于D2的值。
9.如权利要求8所述的夜视设备，其特征在于，
指示器被定位成沿径向远离纤维光学屏幕外表面大约D2的值的1-2倍的距离。
10.一种夜视设备，包括：
设计成向使用者提供图像的光阴极和阳极，阳极包括用于引导光线从图像朝向使用者的目镜的纤维光学屏幕，
包括纵向的多个光学纤维的束的纤维光学屏幕，光学纤维提供对光线的引导，
在纤维光学屏幕中形成的并且与纵向束成横向地延伸的凹槽，以及
位于束外表面附近并且邻近凹槽的指示器，
其中，凹槽配置成改变指示器发射的光线的线路朝向目镜以用于使用者观察。
11.如权利要求10所述的夜视设备，其特征在于，
指示器是电源的一部分，以及
指示器放置成从电源发射光线并且朝向凹槽发射。
12.如权利要求10所述的夜视设备，其特征在于，
指示器被定位成沿径向远离纵向束中心，并且沿径向邻近凹槽。
13.如权利要求10所述的夜视设备，其特征在于，
凹槽包括多个切削的光学纤维的端部表面，以及
凹槽配置成将指示器发射的光线改变成经过多个切削光学纤维的端部朝向使用者。
14.如权利要求10所述的夜视设备，其特征在于，
纵向束包括内径部分和外径部分，内径部分配置成从光阴极接收视场内部的图像，外径部分配置成位于图像视场外部，
外径部分具有径向尺寸D2，凹槽具有径向深度D1，并且
D1的值小于或等于D2的值。
15.如权利要求14所述的夜视设备，其特征在于，
指示器沿径向远离纤维光学屏幕外表面大约D2的值的1-2倍的距离。
16.如权利要求10所述的夜视设备，其特征在于，
指示器包括两个或多个发光二极管，
凹槽被成形为圆周地绕着纤维光学屏幕，以及
多个发光二极管围绕着凹槽沿圆周间隔开。
17.一种向夜视设备的使用者提供警示的方法，该夜视设备包括用于将光线从图像引导向使用者的纤维光学屏幕和用于向夜视设备供电的电源，所述方法包括如下的步骤：
(a)配置电源用于与纤维光学屏幕组装在一起；
(b)放置至少一个指示器以便在电源表面提供警示；
(c)在纤维光学屏幕的外表面中切出凹槽；以及
(d)在组装期间使凹槽对准指示器，以便从指示器发射的光线可以进入凹槽；
其中，在凹槽与指示器对齐以后，射入凹槽的光线通过纤维光学屏幕改变线路朝向使用者。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括：与纤维光学屏幕的纵向尺寸成横向地切出凹槽，以及
凹槽在径向上切削的深度小于或等于纤维光学屏幕的外径部分的径向宽度，外径部分包括位于夜视设备的视场外侧的多个光学纤维的束。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，
切削凹槽包括形成绕着纤维光学屏幕的外表面沿圆周延伸的切口，
步骤(b)包括在电源表面放置两个或更多指示器，每个指示器向使用者提供不同的警示，以及
步骤(d)包括使凹槽与绕着凹槽圆周的空间间隔的指示器对准。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，
步骤(c)包括切出凹槽以具有径向深度D1并且
步骤(d)包括远离纤维光学屏幕外表面大约所述径向深度D1的长度的2-4倍的距离沿径向间隔布置指示器。
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