RU220762U1 - Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения с цветным и черно-белым изображением - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности к активно-импульсным приборам ночного видения (АИ ПНВ). Задачей предлагаемой полезной модели является повышение информационных возможностей устройства. Данное устройство позволяет повысить его информационные возможности за счет формирования цветного изображения благодаря дополнительно введенному цветному ЭОП, цветной ТВ камеры и трем дополнительно введенным ИЛПИ с соответственно синим, красным и зеленым цветом свечения.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к активно-импульсным приборам ночного видения (АИ ПНВ).

Известен принятый за аналог АИ ПНВ (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Достижения в технике видения. М.: Техносфера, 2019, в двух книгах, книга 2-я, с. 586, рис. 5.1.3). АИ ПНВ выполнен в виде АИ ночного бинокля. Он содержит импульсный лазерный осветитель (ИЛО), блок наблюдения (БН), блок стробирования (БС). ИЛО состоит из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя (ИЛПИ) и объектива формирования излучения (ОФИ), причем выход блока накачки подключен к ИЛПИ, на который сфокусирован ОФИ. БН содержит последовательно установленные на оптической оси объектив, узкополосный фильтр с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с микроканальной пластиной (МКП) и окулярную систему. ЭОП имеет желто-зеленый экран. БС содержит задающий генератор импульсов (ЗГИ), первый выход которого подключен к входу блока накачки, а второй выход через последовательно соединенные блок регулируемой задержки (БРЗ) и формирователь стробирующих импульсов (ФСИ) подключен к МКП ЭОП. Данный АИ ПНВ позволяет работать на повышенных дальностях действия как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.), при воздействии мощных световых помех, а также обеспечивает точное измерение дальности до объекта наблюдения. Недостатком АИ ПНВ является быстрая утомляемость оператора из-за необходимости вести наблюдение в окулярную систему, невозможность цифровой обработки изображения в реальном масштабе времени. Кроме того, отсутствует возможность наблюдения цветного изображения - наблюдается только монохроматическое желто-зеленое изображение, обусловленное цветом люминофора экрана ЭОП. Это приводит к ограничению информационных возможностей АИ ПНВ.

Известен принятый за прототип АИ телевизионный ПНВ (АИ ТВ ПНВ) см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Достижения в технике видения. М.: Техносфера, 2019, в двух книгах, книга 1-я, с. 48, рис. 1.3.2). АИ ТВ ПНВ содержит ИЛО, БН и БС. ИЛО состоит из блока накачки, ИЛПИ и ОФИ, причем выход блока накачки подключен к ИЛПИ, на который сфокусирован ОФИ. БН содержит последовательно установленные на оптической оси объектив, узкополосный фильтр с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с микроканальной пластиной (МКП) и с желто-зеленым экраном, оптику переноса, первый линзовый компонент которой сфокусирован на экран ЭОП, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС черно-белой телевизионной (ТВ) камеры, подключенной к ТВ монитору. БС содержит задающий генератор импульсов (ЗГИ), первый выход которого подключен к входу блока накачки, а второй выход через последовательно соединенные блок регулируемой задержки (БРЗ) и формирователь стробирующих импульсов (ФСИ) подключен к МКП ЭОП. АИ ТВ ПНВ обладает теми же достоинствами, что и АИ ПНВ. Кроме того, за счет наличия ТВ камеры появилась возможность цифровой обработки изображения в реальном масштабе времени, а также снизилась утомляемость оператора за счет наблюдения изображения с экрана ТВ монитора. Однако из-за наличия только монохромного изображения снижаются информационные возможности прибора.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение информационных возможностей устройства.

Указанная задача решается тем, что активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения, содержащий импульсный лазерный осветитель, блок наблюдения и блок стробирования, импульсный лазерный осветитель состоит из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя и объектива формирования излучения, причем выход блока накачки подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован объектив формирования излучения, блок наблюдения содержит последовательно установленные на оптической оси объектив, узкополосный фильтр с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптический преобразователь с микроканальной пластиной и с желто-зеленым экраном, оптику переноса, первый линзовый компонент которой сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС черно-белой телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, блок стробирования содержит задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен во входу блока накачки, а второй выход через последовательно соединенные блок регулируемой задержки и формирователь стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, отличающийся тем, что дополнительно содержит первое дихроичное плоское зеркало, установленное между объективом и узкополосным фильтром и оптически сопрягающее объектив с дополнительно введенным вторым электронно-оптическим преобразователем со второй микроканальной пластиной и с цветным экраном, на выходе которого установлена вторая оптика переноса, первый линзовый компонент которой сфокусирован на экран второго электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС второй цветной телевизионной камеры, дополнительно содержит первый двухпозиционный переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу первой телевизионной камеры, второй неподвижный контакт подключен к выходу второй телевизионной камеры, подвижный контакт подключен к входу телевизионного монитора, дополнительно содержит второй двухпозиционный переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к первой микроканальной пластине, второй неподвижный контакт подключен ко второй микроканальной пластине, подвижный контакт подключен к выходу формирователя стробирующих импульсов, в импульсный лазерный осветитель между импульсным лазерным полупроводниковым излучателем и объективом формирования излучения дополнительно установлено второе дихроичное плоское зеркало, оптически сопрягающее объектив формирования излучения с дополнительно введенным вторым импульсным лазерным полупроводниковым излучателем синего цвета свечения с подключенным к нему выходом дополнительно введенного второго блока накачки, импульсный лазерный осветитель дополнительно содержит третий блок накачки, подключенный к дополнительно введенному третьему импульсному лазерному полупроводниковому излучателю красного цвета свечения, на выходе которого последовательно установлены третье дихроичное плоское зеркало и второй объектив формирования излучения, сфокусированный на третий импульсный лазерный полупроводниковый излучатель и оптически сопряженный через третье дихроичное плоское зеркало с дополнительно введенным четвертым импульсным лазерным полупроводниковым излучателем зеленого цвета свечения, подключенного к выходу четвертого блока накачки, импульсный лазерный осветитель дополнительно содержит третий двухпозиционный переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен ко входам второго, третьего и четвертого блока накачки, второй неподвижный контакт подключен ко входу первого блока накачки, подвижный контакт подключен к первому выходу задающего генератора импульсов.

Данное устройство позволяет повысить его информационные возможности за счет формирования цветного изображения благодаря дополнительно введенному цветному ЭОП, цветной ТВ камеры и трем дополнительно введенным ИЛПИ с соответственно синим, красным и зеленым цветом свечения.

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

АИ ТВ ПНВ содержит БН 1, ИЛО 2 и БС 3. БН 1 содержит последовательно установленные на оптической оси объектив 4, первое дихроичное плоское зеркало 5, узкополосный фильтр 6 с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину 7, первый ЭОП 8 с первой МКП 9, оптику переноса 10, первый линзовый компонент 11 которой сфокусирован на экран первого ЭОП 8, а второй ее линзовый компонент 12 сфокусирован на матрицу ПЗС первой черно-белой ТВ камеры 13. На ее выходе установлен первый двухпозиционный переключатель 14, первый неподвижный контакт 15 которого подключен к выходу первой ТВ камеры 13, подвижный контакт 16 подключен к цветному ТВ монитору 17. На выходе первого дихроичного плоского зеркала 5 установлен второй цветной ЭОП 18 со второй МКП 19. Объектив 4 оптически сопряжен через первое дихроичное плоское зеркало 5 с фотокатодом второго ЭОП 18. На выходе экрана второго ЭОП 18 установлена вторая оптика переноса 20. Ее первый линзовый компонент 21 сфокусирован на экран второго ЭОП 18, а второй ее линзовый компонент 22 сфокусирован на матрицу ПЗС второй цветной ТВ камеры 23, выход которой подключен ко второму неподвижному контакту 24 первого двухпозиционного переключателя 14. ИЛО 2 содержит первый блок накачки 25, подключенный к первому ИЛПИ 26, на который сфокусирован первый ОФИ 27. Между первым ОФИ 27 и первым ИЛПИ 26 установлено второе дихроичное плоское зеркало 28. Оно оптически сопрягает первый ОФИ 27 со вторым ИЛПИ 29. К нему подключен второй блок накачки 30. ИЛО 2 содержит также третий блок накачки 31, подключенный к третьему ИЛПИ 32, на который сфокусирован третий ОФИ 33. Между ним и третьим ИЛПИ 32 установлено третье дихроичное плоское зеркало 34. Оно оптически сопрягает второй ОФИ 33 с четвертым ИЛПИ 35, к входу которого подключен выход четвертого блока накачки 36. ИЛО 2 содержит третий двухпозиционный переключатель 37. Его первый неподвижный контакт 38 подключен к входам второго 30, третьего 31 и четвертого 36 блоков накачки, а второй неподвижный контакт 39 подключен к входу первого блока накачки 25. К подвижному контакту 40 третьего двухпозиционного переключателя 37 подключен первый выход ЗГИ 41 БС 3, второй выход ЗГИ 41 через БРЗ 42 подключен к входу ФСИ 43. В состав БН 1 входит второй двухпозиционный переключатель 44. Его первый неподвижный контакт 45 подключен к первой МКП 9, второй подвижный контакт 46 подключен ко второй МКП 19, а подвижный контакт 47 подключен к выходу ФСИ 43.

Фотокатод первого ЭОП 8 и второго ЭОП 18 работает в области спектра 0,4-0,9 мкм и 0,38 - 0,78 мкм соответственно. Первая ТВ камера 13 и вторая ТВ камера 23 работают в области спектра 0,4-0,9 мкм. Первый ИЛПИ 26 работает на длине волны 0,85 мкм, второй ИЛПИ 29 - на длине волны 0,47 мкм (синий цвет), третий ИЛПИ 32 - на длине волны 0,63 мкм (красный цвет), четвертый ИЛПИ 35 - на длине волны 0,53 мкм (зеленый цвет). Первое дихроичное плоское зеркало 5 отражает в области спектра 0,38-0,78 мкм и пропускает в области спектра 0,79-0,9 мкм. Второе дихроичное плоское зеркало 28 отражает на длине волны 0,85 мкм и пропускает на длине волны 0,47 мкм, третье дихроичное плоское зеркало 34 пропускает на длине волны 0,63 мкм и отражает на длине волны 0,53 мкм. Узкополосный фильтр 6 пропускает на длине волны излучения первого ИЛПИ 26-0,85 мкм.

Устройство работает следующим образом. При функционировании в пассивном режиме излучение звезд и Луны, отраженное от объекта наблюдения и окружающего его фона в области спектра 0,38 - 0,78 мкм приходит в объектив 4, отражается от первого дихроичного зеркала 5 и создает цветное изображение объекта и фона на фотокатоде второго ЭОП 18. Он усиливает цветное изображение по яркости с помощью второй МКП 19. Изображение с цветного экрана второго ЭОП 18 с помощью второй оптики переноса 20 (ее первого 21 и второго 22 линзовых компонентов) передается на матрицу ПЗС второй цветной ТВ камеры 23. При этом второй подвижный контакт 24 первого двухконтактного переключателя 14 замкнут на его подвижный контакт 16. Вторая цветная ТВ камера 23 преобразует изображение в видеосигнал, который через первый двухпозиционный переключатель 14 передается в цветной ТВ монитор 17. С его экрана оператор наблюдает цветное изображение, осуществляя поиск и обнаружение объекта в широком угле поля зрения (например, 6°). Если пропускание атмосферы недостаточно высоко, то при работе устройства в пассивном режиме подвижный контакт 16 замыкается на первый неподвижный контакт 15 первого двухпозиционного переключателя 14. Перед фотокатодом первого ЭОП 8 установлена компенсирующая плоскопараллельная пластина 7. Излучение звезд и Луны, отраженное от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в объектив 4, проходит через первое дихроичное плоское зеркало 5, компенсирующую плоскопараллельную пластину 7 и создает изображение объекта и фона в области спектра 0,79-0,9 мкм на фотокатоде первого ЭОП 8. Он преобразует изображение в видимое и с помощью первой МКП 9 усиливает его по яркости. Изображение с экрана первого ЭОП 8 с помощью первой оптики переноса 10 (ее первого линзового компонента 11 и второго линзового компонента 12) передается на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 13. Она преобразует изображение в видеосигнал, который через первый двухпозиционный переключатель 14 передается в ТВ монитор 17. С его экрана оператор наблюдает черно-белое изображение, осуществляя поиск и обнаружение объекта в широком угле поля зрения (например, 6°).

После обнаружения объекта для его распознавания устройство переводится в активно-импульсный (АИ) режим работы. При этом дополнительно включаются ИЛО 2 и БС 3. Для формирования цветного изображения в третьем двухпозиционном переключателе 37 его первый неподвижный контакт 38 замкнут на его подвижный контакт 40. В первом двухпозиционном переключателе 14 его второй неподвижный контакт 24 замкнут на подвижный контакт 16. Во втором двухпозиционном переключателе 44 его второй неподвижный контакт 46 замкнут на подвижный контакт 47. С первого выхода ЗГИ 41 через третий двухпозиционный переключатель 37 подаются синхроимпульсы на вход второго 30, третьего 31 и четвертого 36 блоков накачки. Они преобразуют синхроимпульсы в импульсы тока накачки, которые поступают соответственно во второй 29, третий 32 и в четвертый 35 ИЛПИ. Они генерируют импульсы излучения соответственно синего, красного и зеленого цвета. ОФИ 27 и 33 коллимируют это излучение, создавая на объекте наблюдения цветное пятно подсвета, в котором суммируются все три пятна подсвета от каждого из ИЛПИ 29, 32 и 35. Импульсы излучения, отраженные от объекта, поступают в объектив 4. Он формирует с помощью дихроичного плоского зеркала 5 цветное изображение на фотокатоде второго ЭОП 18. До прихода на этот фотокатод импульса излучения вторая МКП 19 заперта напряжением постоянного смещения, подаваемого на вторую МКП 19 с выхода ФСИ 43 через второй двухпозиционный переключатель 44. В момент прихода импульса излучения на фотокатод второго ЭОП 18 на его вторую МКП 19 с выхода ФСИ 43 подается отпирающий импульс напряжения. Его амплитуда равна амплитуде напряжения постоянного смещения, но противоположна ему по знаку. При этом вторая МКП 19 отпирается на время, равное или несколько превышающее длительность импульса подсвета, т.е. на время длительности импульса строба. Для обеспечения такого режима работы со второго выхода ЗГИ 41 (одновременно с выдачей с его первого выхода синхроимпульсов) подаются синхроимпульсы на вход БРЗ 42. В нем осуществляется задержка синхроимпульсов со второго выхода ЗГИ 41 по отношению к синхроимпульсам с первого выхода ЗГИ 41. Оператор плавно регулирует в БРЗ 42 время задержки. Как только оно окажется равным времени прохождения импульсом излучения подсвета расстояния от прибора до объекта наблюдения и обратно, под действием импульса с выхода БРЗ 42 ФСИ 43 формирует отпирающий импульс напряжения. Благодаря этому вторая МКП 19 отпирается на время длительности импульса строба, возникает изображение во втором ЭОП 18 и усиливается по яркости с помощью второй МКП 19. Цветное изображение с экрана второго ЭОП 18 с помощью второй оптики переноса 20 (ее первого 21 и второго 22 линзовых компонентов) передается на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 23. Она преобразует цветное изображение в видеосигнал, который через первый двухпозиционный переключатель 14 передается в ТВ монитор 17. С его экрана оператор наблюдает цветное изображение, осуществляя распознавание объекта и при необходимости измерение дальности до него по величине задержки.

Если прозрачность атмосферы недостаточно высока, то в первом двухпозиционном переключателе 14 его первый неподвижный контакт 15 замкнут на подвижный контакт 16. В третьем двухпозиционном переключателе 37 его второй неподвижный контакт 39 замкнут на подвижный контакт 40. Во втором двухпозиционном переключателе 44 его первый неподвижный контакт 45 замкнут на подвижный контакт 47. С первого выхода ЗГИ 41 через третий двухпозиционный переключатель 37 подаются синхроимпульсы на вход первого блока накачки 25. Он создает импульсы тока накачки, которые поступают в первый ИЛПИ 26. Он генерирует соответствующие импульсы излучения, которые коллимируются первым ОФИ 27 и с его помощью создают на объекте наблюдения пятно подсвета на длине волны 0,85 мкм. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят в объектив 4. При этом в ход лучей вместо компенсирующей плоскопараллельной пластины 7 установлен узкополосный фильтр 6. Объектив 4 переносит излучение сквозь первое дихроичное плоское зеркало 5 и создает изображение на фотокатоде первого ЭОП 8. До прихода импульса излучения на этот фотокатод первая МКП 9 заперта напряжением постоянного смещения, подаваемым на первую МКП 9 с выхода ФСИ 43 через второй двухпозиционный переключатель 44. В момент прихода импульса излучения на фотокатод первого ЭОП 8 на его первую МКП 9 с выхода ФСИ 43 подается отпирающий импульс напряжения. Его амплитуда равна амплитуде напряжения постоянного смещения, но противоположна ему по знаку. При этом первая МКП 9 отпирается на время, равное или несколько превышающее длительность импульса излучения подсвета, т.е. длительность строба. Для обеспечения такого режима работы со второго выхода ЗГИ 41 (одновременно с выдачей с его первого выхода синхроимпульсов) подаются синхроимпульсы на вход БРЗ 42. В нем осуществляется задержка синхроимпульсов со второго выхода ЗГИ 41 по отношению к синхроимпульсам с первого выхода ЗГИ 41. Оператор плавно регулирует в БРЗ 42 время задержки. Как только оно окажется равным времени прохождения импульсом излучения подсвета расстояния от прибора до объекта наблюдения и обратно, под действием импульса с выхода БРЗ 42 ФСИ 43 формирует отпирающий импульс напряжения. Благодаря этому первая МКП 9 отпирается на время длительности импульса строба, возникает изображение во втором ЭОП 8 и усиливается по яркости с помощью первой МКП 9. Изображение с экрана первого ЭОП 8 с помощью первой оптики переноса 10 (ее первого 11 и второго 12 линзовых компонентов) передается на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 13. Она преобразует изображение в видеосигнал, который через первый двухпозиционный переключатель 14 передается в ТВ монитор 17. С его экрана оператор наблюдает черно-белое изображение, осуществляя распознавание объекта и при необходимости измерение дальности до него по величине задержки.

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

Таким образом, за счет формирования цветного изображения благодаря дополнительно введенному цветному ЭОП, цветной ТВ камеры и трем дополнительно введенным ИЛПИ с соответственно синим, красным и зеленым цветом свечения, решается задача повышения информационных возможностей устройства.

Claims (1)

1. Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения, содержащий импульсный лазерный осветитель, блок наблюдения и блок стробирования, импульсный лазерный осветитель состоит из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя и объектива формирования излучения, причем выход блока накачки подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован объектив формирования излучения, блок наблюдения содержит последовательно установленные на оптической оси объектив, узкополосный фильтр с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптический преобразователь с микроканальной пластиной и с желто-зеленым экраном, оптику переноса, первый линзовый компонент которой сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС черно-белой телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, блок стробирования содержит задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен к входу блока накачки, а второй выход через последовательно соединенные блок регулируемой задержки и формирователь стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, отличающийся тем, что дополнительно содержит первое дихроичное плоское зеркало, установленное между объективом и узкополосным фильтром и оптически сопрягающее объектив с дополнительно введенным вторым электронно-оптическим преобразователем со второй микроканальной пластиной и с цветным экраном, на выходе которого установлена вторая оптика переноса, первый линзовый компонент которой сфокусирован на экран второго электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС второй цветной телевизионной камеры, дополнительно содержит первый двухпозиционный переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу первой телевизионной камеры, второй неподвижный контакт подключен к выходу второй телевизионной камеры, подвижный контакт подключен к входу телевизионного монитора, дополнительно содержит второй двухпозиционный переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к первой микроканальной пластине, второй неподвижный контакт подключен ко второй микроканальной пластине, подвижный контакт подключен к выходу формирователя стробирующих импульсов, в импульсный лазерный осветитель между импульсным лазерным полупроводниковым излучателем и объективом формирования излучения дополнительно установлено второе дихроичное плоское зеркало, оптически сопрягающее объектив формирования излучения с дополнительно введенным вторым импульсным лазерным полупроводниковым излучателем синего цвета свечения с подключенным к нему выходом дополнительно введенного второго блока накачки, импульсный лазерный осветитель дополнительно содержит третий блок накачки, подключенный к дополнительно введенному третьему импульсному лазерному полупроводниковому излучателю красного цвета свечения, на выходе которого последовательно установлены третье дихроичное плоское зеркало и второй объектив формирования излучения, сфокусированный на третий импульсный лазерный полупроводниковый излучатель и оптически сопряженный через третье дихроичное плоское зеркало с дополнительно введенным четвертым импульсным лазерным полупроводниковым излучателем зеленого цвета свечения, подключенного к выходу четвертого блока накачки, импульсный лазерный осветитель дополнительно содержит третий двухпозиционный переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к входам второго, третьего и четвертого блока накачки, второй неподвижный контакт подключен к входу первого блока накачки, подвижный контакт подключен к первому выходу задающего генератора импульсов.

Images