RU219076U1 - Многофункциональный дневно-ночной бинокль - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технике оптических и оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, приборов ночного видения. Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение работы ночью. Требуемый технический результат достигается за счет дополнительного ввода в устройство первого и второго активно-импульсных телевизионных каналов.

Description

Полезная модель относится к технике оптических и оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, приборов ночного видения.

Известен принятый за аналог дневной бинокль, состоящий из двух идентичных каналов. Каждый из них содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентные объективы, призменную оборачивающую систему в виде системы Порро и окуляр. При этом один из каналов содержит также сетку, на которую сфокусирован окуляр этого канала. Примером такого устройства может служить модель БПШЦ 10x50 (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М: Новости, 2009 - 840 с., с. 373, фото 5.1.9а). Недостатком такого бинокля является его значительная масса, обусловленная применением призменной системы Порро, а также невозможность работы ночью.

Известен принятый за прототип дневной бинокль, состоящий из двух идентичных каналов. Каждый из них содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентный объектив, призменную оборачивающую систему в виде системы Пехана и окуляр. При этом один из каналов содержит также сетку, на которую сфокусирован окуляр этого канала. Примером такого устройства может служить модель БПШЦ 8x30 Diafin (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009 - 840 с., с. 373, фото 5.1.9в, а также дневной бинокль Carl Zeiss Terra ED 10x40 Carl Zeiss (Германия), https://www.premimn-optics.ru/product/binocular). По сравнению с устройством-аналогом такой бинокль имеет меньшую массу за счет применения вместо системы Порро систему Пехана. Недостатком такого бинокля является невозможность работы ночью.

Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение работы ночью.

Указанная задача решается тем, что бинокль, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентный объектив, причем каждый объектив состоит из первого и второго линзовых компонентов, соответственно призменную оборачивающую систему в виде призмы Пехана и соответственно окуляр, причем один из каналов содержит также сетку, на которую сфокусирован окуляр этого канала, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый активно-импульсный телевизионный канал, содержащий первый импульсный лазерный осветитель, блок стробирования, первый блок наблюдения, причем первый импульсный лазерный осветитель содержит первый блок накачки, подключенный к первому импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован первый линзовый элемент, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало с первым компонентом первого двухкомпонентного объектива, блок стробирования содержит задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен ко входу первого блока накачки, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, первый блок наблюдения состоит из первого компонента второго двухкомпонентного объектива второго канала, второго дихроичного плоского зеркала, второго линзового элемента, первого узкополосного фильтра, первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, первой оптики переноса, состоящей из первого линзового блока, сфокусированного на экран первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя, и второго линзового блока, сфокусированного на матрицу ПЗС первой телевизионной камеры, подключенной к OLED дисплею, дополнительно содержит второй активно-импульсный телевизионный канал, содержащий второй импульсный лазерный осветитель, уже введенный блок стробирования, являющийся общим для первого и второго активно-импульсных телевизионных каналов, и второй блок наблюдения, второй импульсный лазерный осветитель содержит второй блок накачки, подключенный ко второму импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован третий линзовый элемент, оптически сопряженный через четвертое дихроичное плоское зеркало с выходом второй призмы Пехана, первый выход задающего генератора импульсов подключен ко входу второго блока накачки, второй блок наблюдения состоит из пятого линзового элемента, оптически сопряженного через третье дихроичное плоское зеркало с выходом первой призмы Пехана, сфокусированным на фотокатод второго электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, перед которым установлен второй узкополосный фильтр, второй оптики переноса, первая линзовая сборка которой сфокусирована на экран второго электронно-оптического преобразователя, а вторая линзовая сборка сфокусирована на матрицу ПЗС второй телевизионной камеры, выход которой подключен ко входу OLED дисплея, а его экран оптически сопряжен через четвертый линзовый элемент, четвертое дихроичное плоское зеркало со вторым окуляром, причем выход формирователя стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя и к микроканальной пластине второго электронно-оптического преобразователя.

Требуемый технический результат достигается за счет дополнительного ввода в устройство первого и второго активно-импульсных телевизионных каналов.

Блок-схема предлагаемой полезной модели представлена на чертеже фиг. 1.

Устройство состоит из первого 1 и второго 2 идентичных дневных каналов. Каждый канал состоит из последовательно установленных на оптической оси первого 3 и второго 4 двухкомпонентного объектива. Первый объектив 3 состоит из первого компонента 5 и второго компонента 6 для первого канала, между которыми установлено первое дихроичное плоское зеркало 7. Второй объектив 4 состоит из первого компонента 8 и второго компонента 9, между которыми установлено второе дихроичное зеркало 10. На выходе второго компонента 6 последовательно установлены первая призма Пехана 11, третье дихроичное плоское зеркало 12, сетка 13, первый окуляр 14, в передней фокальной плоскости которого установлена эта сетка 13. На выходе второго компонента 9 последовательно установлены вторая призма Пехана 15, четвертое дихроичное плоское зеркало 16 и второй окуляр 17. Устройство содержит первый активно-импульсный телевизионный канал (АИ ТВ канал). В его состав входят первый импульсный лазерный осветитель (ИЛО), блок стробирования (БС) 21 и первый блок наблюдения (БН). Устройство содержит также второй АИ ТВ канал. В его состав входят второй импульсный лазерный осветитель (ИЛО), БС 21 и второй блок наблюдения. Первый ИЛО содержит первый блок накачки 18, подключенный к первому импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ) 19. На него сфокусирован первый линзовый элемент 20, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало 7 с первым компонентом 5 первого двухкомпонентного объектива 3 первого канала 1. БС 21 содержит задающий генератор импульсов (ЗГИ) 22, первый выход которого подключен ко входу первого блока накачки 18, а второй выход через блок регулируемой задержки (БРЗ) 23 подключен к формирователю стробирующих импульсов (ФСИ) 24. Первый блок наблюдения состоит из первого компонента 8 второго двухкомпонентного объектива 4, второго дихроичного плоского зеркала 10, второго линзового элемента 25, первого узкополосного фильтра 26, первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя (ПЭОП) 27 с первой микроканальной пластиной (МКП) 28, оптики переноса 29, первый линзовый блок 30 которой сфокусирован на экран ПЭОП 27, а второй линзовый блок 31 сфокусирован на матрицу ПЗС первой телевизионной (ТВ) камеры 32, подключенной к OLED дисплею 33. Окуляр 17 через четвертый линзовый компонент 34 сфокусирован на экран OLED дисплея 33. Второй ИЛО содержит второй блок накачки 35, подключенный ко второму ИЛПИ 36. С помощью третьего линзового элемента 37 второй ИЛПИ 36 оптически сопряжен через четвертое дихроичное зеркало 16 с выходом второй призмы Пехана 15. Первый выход ЗГИ 22 подключен ко входу второго блока накачки 35. БС 21 является общим для первого и второго АИ ТВ каналов. Второй блок наблюдения содержит пятый линзовый элемент 38, оптически сопряженный через третье дихроичное плоское зеркало 12 и второй узкополосный фильтр 39 с выходом первой призмы Пехана 11 и сфокусирован на фотокатод второго ЭОП 41, содержащим вторую МКП 40. Перед фотокатодом второго ЭОП 41 установлен второй узкополосный фильтр 39. На выходе второго ЭОП 40 установлена вторая оптика переноса 42, первая линзовая сборка 43 которой сфокусирована на экран второго ЭОП 41, а вторая ее сборка 44 сфокусирована на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 45, подключенной к OLED дисплею 33.

Матрица пироэлектрических детекторов первого ПЭОП 27 работает в области спектра 8-14 мкм, а фотокатод второго ЭОП 41 - в области спектра 0,4-0,9 мкм. Первое дихроичное зеркало 7 пропускает в области спектра 0,4-0,9 мкм и отражает излучение на длине волны 10,3 мкм. Второе дихроичное плоское зеркало 10 пропускает в области спектра 0,4-0,9 мкм и отражает излучение в области спектра 8-14 мкм. Третье дихроичное плоское зеркало 12 пропускает в области спектра 0,38-0,78 мкм и частично отражает в области спектра 0,4-0,9 мкм. Четвертое дихроичное плоское зеркало 16 пропускает в области спектра 0,38-0,78 мкм, но отражает в рабочей области спектра экрана OLED дисплея 33: 0,53-0,56 мкм, а также отражает излучение на длине волны 0,85 мкм.

Устройство работает следующим образом. При работе днем свет от Солнца, определяемый уровнем естественной дневной освещенностью, отражается от объекта наблюдения и окружающего его фона и приходит в каждый из дневных каналов 1 и 2. Двухкомпонентный объектив 3 первого дневного канала 1 передает свет от объекта и фона через компонент 5, первое дихроичное плоское зеркало 7, компонент 6 в заднюю фокальную плоскость объектива 3 и создает перевернутое изображение объекта и фона, которое оборачивается на 180° с помощью первой призмы Пехана 11, переносится через третье дихроичное плоское зеркало 12 в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 14. Аналогичным образом второй двухкомпонентный объектив 4 (компоненты 8, 9) переносит свет через 2-е дихроичное плоское зеркало 10 и создает перевернутое изображение объекта и фона, которое оборачивается на 180° с помощью второй призмы Пехана 15, переносится через четвертое дихроичное зеркало 16 в переднюю фокальную плоскость второго окуляра 17. Оператор наблюдает через дневные каналы 1 и 2 изображение объекта и фона, а также накладывающуюся на это изображение сетку 13, по шкале которой можно грубо определить дальность до объекта методом «с базой на цели».

При работе ночью функционируют первый и второй АИ ТВ каналы. В условиях нормированной естественной ночной освещенности (ЕНО) ≥3×10^-3 лк и при нормальной прозрачности атмосферы второй АИ ТВ канал работает в пассивном режиме. При этом излучение звезд и Луны, определяющее уровень ЕНО, отражается от объекта и фона, приходит в первый объектив 3 (компоненты 5, 6) дневного канала 1, переносится через первое дихроичное зеркало 7. На его выходе объектив 3 создает перевернутое изображение объекта и фона, которое оборачивается на 180° с помощью первой призмы Пехана 11, отражается от третьего дихроичного плоского зеркала 12 и приходит в линзовый элемент 38 второго АИ ТВ канала. При этом узкополосный фильтр 39 выведен из хода лучей. Линзовый элемент 38 совместно с объективом 3 дневного канала 1 создает изображение на фотокатоде второго ЭОП 41, содержащего вторую МКП 40. ЭОП 41 преобразует изображение в видимое и с помощью МКП 40 усиливает его по яркости. Изображение с экрана ЭОП 41 с помощью второй оптики переноса 42 (сборки 43, 44) переносится на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 45. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в OLED дисплей 33. С помощью четвертого дихроичного плоского зеркала 16 изображение оптически сопрягается со вторым окуляром 17. Через него оператор наблюдает изображение, осуществляя поиск и обнаружение объекта наблюдения в широком угле поля зрения.

Если уровень ЕНО <3×10^-3 лк и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.) работает первый АИ ТВ канал в пассивном режиме и в области спектра 8-14 мкм. При этом собственное тепловое излучение объекта и фона приходит в первый компонент 8 объектива 4, отражается от второго дихроичного плоского зеркала 10 и приходит во второй линзовый элемент 25, который совместно с компонентом 8 создает изображение на матрице пироэлектрических детекторов первого ПЭОП 27. При этом узкополосный фильтр 26 выведен из хода лучей. ПЭОП 27 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 28. Изображение с экрана ПЭОП 27 с помощью первой оптики переноса 29 (линзовые блоки 30, 31) переносится на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 32. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает OLED дисплей 33. С помощью четвертого дихроичного плоского зеркала 16 изображение оптически сопрягается со вторым окуляром 17, через который оператор наблюдает изображение, осуществляя поиск и обнаружение объекта наблюдения в широком угле поля зрения.

После обнаружения объекта во втором АИ ТВ канале при его работе в пассивном режиме для распознавания объекта второй АИ ТВ канал переводится в АИ режим работы. При этом с первого выхода ЗГИ 22 подаются синхроимпульсы на второй блок накачки 35. Он преобразует их в импульсы тока, которые поступают во второй ИЛПИ 36. Он генерирует соответствующие импульсы изучения на длине волны 0,85 мкм. Это излучение с помощью третьего линзового элемента 37 и второго дневного объектива 4 отражается от четвертого дихроичного плоского зеркала 16, коллимируется и направляется на объект наблюдения, создавая на нем пятно подсвета. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят в объектив 3 (компоненты 5, 6) и проходят через первое дихроичное плоское зеркало 7. На его выходе объектив 3 создает перевернутое изображение, которое с помощью первой призмы Пехана 11 переносится на третье дихроичное плоское зеркало 12, отражается от него и приходит в пятый линзовый элемент 38, который совместно с объективом 3 создает импульсное изображение объекта на фотокатоде второго ЭОП 41. До прихода импульса излучения на фотокатод ЭОП 41 его МКП 40 заперта напряжением постоянного смещения, подаваемого с выхода ФСИ 24. Одновременно с генерацией синхроимпульсов со своего первого выхода ЗГИ 22 генерирует синхроимпульсы со своего второго выхода. Они поступают в БРЗ 23. Здесь осуществляется задержка этих импульсов по отношению к моменту выхода синхроимпульсов с первого выхода ЗГИ 22. Импульсы с выхода БРЗ 23 запускают ФСИ 24. Он создает импульсы напряжения - импульсы строба, которые поступают на МКП 40 и снимают напряжение постоянного смещения, отпирая МКП 40. Она открывается на время длительности импульса строба, равное или несколько превышающее длительность импульса излучения подсвета. Для обеспечения такого режима работы длительность задержки в БРЗ 23 должна быть равна времени прохождения импульсом излучения расстояния от устройства до объекта и обратно. ЭОП 41 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 40. При этом узкополосный фильтр 39 вводится в ход лучей. Его рабочая длина волны равна 0,85 мкм, а полоса пропускания равна полосе излучения второго ИЛПИ 36. Фильтр 39 служит для спектральной селекции объекта на фоне световых помех. Изображение с экрана ЭОП 41 с помощью оптики переноса 42 (сборки 43, 44) переносится на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 45. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в OLED дисплей 33. С помощью четвертого дихроичного плоского зеркала 16 изображение с экрана OLED дисплея 33 сопрягается с окуляром 17, через который оператор наблюдает изображение, осуществляя распознавание объекта наблюдения в узком угле поля зрения, равном углу подсвета.

Если неблагоприятные условия наблюдения таковы, что второй АИ ТВ канал не обеспечивает распознавание объекта, то включается первый АИ ТВ канал. При этом ЗГИ 22 подает со своего первого выхода синхроимпульсы на первый блок накачки 18. Он создает импульсы тока, поступающие в первый ИЛПИ 19. Он генерирует импульсы излучения на длине волны 10,3 мкм, которые поступают в первый линзовый элемент 20, который совместно с первым компонентом 5 первого объектива 3 и благодаря отражению от первого дихроичного зеркала 7 осуществляет коллимацию излучения и создает изображение пятна подсвета на объекте. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят в первый компонент 8 объектива 4, отражаются от второго дихроичного плоского зеркала 10 и приходят во второй линзовый элемент 25, который совместно с компонентом 8 создает изображение на матрице пироэлектрических детекторов первого ПЭОП 27. До прихода импульса излучения на эту матрицу МКП 28 ПЭОП 27 заперт напряжением постоянного смещения. Одновременно с генерацией синхроимпульсов с первого выхода ЗГИ 22 он генерирует синхроимпульсы со своего второго выхода. Они поступают в БРЗ 23. В нем создается задержка этих импульсов по отношению к моменту выхода синхроимпульсов с первого выхода ЗГИ 22. Импульсы с выхода БРЗ 23 запускают ФСИ 24. До прихода импульсов излучения на пироэлектрическую матрицу фотодетекторов ПЭОП 27 ФСИ 24 подает напряжение постоянного смещения на МКП 28, запирая ее. В момент прихода этих импульсов ФСИ 24 подает на МКП 28 импульсное напряжение строба, равное по амплитуде напряжению постоянного смещения, но противоположное ему по знаку. Благодаря этому напряжение постоянного смещения сбрасывается с МКП 28, который открывается на время, равное времени импульса строба, которое равно или несколько превышает длительность импульсов подсвета. Для обеспечения такого режима работы длительность задержки в БРЗ 23 должна быть равна времени прохождения импульсом излучения расстояния от устройства до объекта наблюдения и обратно. ПЭОП 27 преобразует изображение в видимое и усиливает его с помощью МКП 28. При этом узкополосный фильтр 26 введен в ход лучей. Его рабочая длина волны равна 10,3 мкм, а ширина полосы пропускания равна спектральной полосе излучения ИЛПИ 19. Фильтр 26 служит для спектральной селекции объекта наблюдения на фоне световых помех. Изображение с экрана ПЭОП 27 с помощью первой оптики переноса 29 (линзовые блоки 30, 31) переносится на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 32. Она преобразует изображение в видеосигнал, который с ее выхода передается в OLED дисплей 33 и с помощью четвертого дихроичного плоского зеркала 16 оптически сопрягается со вторым окуляром 17. Через него оператор наблюдает изображение, осуществляя распознавание объекта наблюдения в узком угле поля зрения, равном углу подсвета.

В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.

Таким образом, благодаря дополнительному вводу в устройство первого и второго активно-импульсных телевизионных каналов обеспечивается работа бинокля ночью.

Claims (1)

1. Бинокль, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентные объективы, причем каждый объектив состоит из первого и второго линзовых компонентов, соответственно призменную оборачивающую систему в виде призмы Пехана и соответственно окуляр, причем один из каналов содержит также сетку, на которую сфокусирован окуляр этого канала, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый активно-импульсный телевизионный канал, содержащий первый импульсный лазерный осветитель, блок стробирования, первый блок наблюдения, причем первый импульсный лазерный осветитель содержит первый блок накачки, подключенный к первому импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован первый линзовый элемент, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало с первым компонентом первого двухкомпонентного объектива, блок стробирования содержит задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен ко входу первого блока накачки, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, первый блок наблюдения состоит из первого компонента второго двухкомпонентного объектива второго канала, второго дихроичного плоского зеркала, второго линзового элемента, первого узкополосного фильтра, первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, первой оптики переноса, состоящей из первого линзового блока, сфокусированного на экран первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя, и второго линзового блока, сфокусированного на матрицу ПЗС первой телевизионной камеры, подключенной к OLED дисплею, дополнительно содержит второй активно-импульсный телевизионный канал, содержащий второй импульсный лазерный осветитель, уже введенный блок стробирования, являющийся общим для первого и второго активно-импульсных телевизионных каналов, и второй блок наблюдения, второй импульсный лазерный осветитель содержит второй блок накачки, подключенный ко второму импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован третий линзовый элемент, оптически сопряженный через четвертое дихроичное плоское зеркало с выходом второй призмы Пехана, первый выход задающего генератора импульсов подключен ко входу второго блока накачки, второй блок наблюдения состоит из пятого линзового элемента, оптически сопряженного через третье дихроичное плоское зеркало с выходом первой призмы Пехана, сфокусированным на фотокатод второго электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, перед которым установлен второй узкополосный фильтр, второй оптики переноса, первая линзовая сборка которой сфокусирована на экран второго электронно-оптического преобразователя, а вторая линзовая сборка сфокусирована на матрицу ПЗС второй телевизионной камеры, выход которой подключен ко входу OLED дисплея, а его экран оптически сопряжен через четвертый линзовый элемент, четвертое дихроичное плоское зеркало со вторым окуляром, причем выход формирователя стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине первого пироэлектрического электронно-оптического преобразователя и к микроканальной пластине второго электронно-оптического преобразователя.

Images