ПРИБОР НОЧНОГО ВИДЕНИЯ
NIGHT VISION DEVICE

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано при изготовлении приборов ночного видения (ПНВ) с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП) в самых разнообразных условиях эксплуатации.
Известен прибор ночного видения (патент RU №2182718, кл. G02B 23/12, опубл. 20.05.2002 г.), содержащий объектив, бипланарный ЭОП прямого изображения, корректор, оборачивающую систему (ОС) и окуляр.
Наиболее близким по технической сущности является прибор ночного видения с переменным увеличением, содержащий оптически сопряженные объектив, ЭОП и окуляр (В.В.Тарасов, Ю.Г.Якушенков “Инфракрасные системы “смотрящего” типа”. - Москва.: Логос, 2004 г., стр.125, рис.6.13). Окуляр является панкратическим и выполнен по патенту RU 2136028, кл. G02B 25/00, опубл. 20.06.1997 г.
Недостатком этих устройств является малое увеличение и его фиксированная величина, не позволяющая проводить опознавание объекта после его обнаружения при наблюдении, а при применении панкратического окуляра разрешающая способность ПНВ не может превысить величину, ограниченную разрешающей способностью ЭОП и фокусным расстоянием применяемого объектива.
Задачей настоящего изобретения является создание ПНВ с плавным изменением увеличения и соответственно с плавным изменением разрешающей способности при простых технологических решениях.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в приборе ночного видения, содержащем объектив, ЭОП и окулярную систему, объектив выполнен в виде четырех компонентов, первый из которых представляет собой положительную выпукло-вогнутую линзу, второй - группу из двух отрицательных линз, третий - положительную двояковыпуклую линзу, четвертый - группу из трех линз, первая из которых - положительная двояковыпуклая линза, вторая - отрицательная двояковогнутая линза, третья - положительная выпукло-вогнутая линза. Второй компонент имеет возможность перемещения относительно фотокатода ЭОП, при этом его крайние положения обеспечивают минимальное и максимальное значения эквивалентного фокусного расстояния объектива при неизменном положении плоскости наилучшей установки относительно фотокатода ЭОП. Четвертый компонент имеет возможность перемещения относительно фотокатода ЭОП для компенсации сдвига плоскости наилучшей установки при промежуточных положениях второго компонента (при промежуточных значениях эквивалентного фокусного расстояния объектива), при этом максимальная величина его подвижки
max
max
Δd11≤5ΔS,
max
где ΔS - максимальная величина продольной сферической аберрации в рабочем спектральном диапазоне.
Подвижкой четвертого компонента также обеспечивается и фокусировка прибора ни ближнюю дистанцию.
Предложенное исполнение прибора и, прежде всего, раздельная подвижка компонентов объектива позволяют плавно изменять увеличение системы в целом от минимального до максимального значения подвижкой только одного компонента, при этом дополнительная малая подфокусировка другим подвижным компонентом требуется только при работе прибора на промежуточных значениях увеличения (или эквивалентного фокусного расстояния), исключая крайние. Кроме того, перемещение второго подвижного компонента обеспечивает также и фокусировку прибора на ближнюю дистанцию. Такая раздельная подвижка компонентов объектива позволяет уменьшить трудоемкость изготовления и сборки и исключает необходимость применения нелинейных законов движения компонентов.
На чертеже представлена схема ПНВ.
Прибор ночного видения содержит объектив 1÷8, электронно-оптический преобразователь 9, окулярную систему 10, при этом объектив состоит из положительной двояковогнутой линзы 1, двух отрицательных линз 2 и 3, положительной двояковыпуклой линзы 4, положительной двояковыпуклой линзы 5, отрицательной двояковогнутой линзы 6, апертурной диафрагмы (АД) 7 и положительной выпукло-вогнутой линзы 8.
В объективе линзы 2 и 3 образуют группу 11, имеющую возможность перемещения относительно фотокатода ЭОП, а линзы 5, 6 и 8 с апертурной диафрагмой 7 образуют группу 12 с возможностью перемещения относительно фотокатода ЭОП. Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы объектива следующие:
Радиусы
Толщины
Марка стекла
Диаметры
R1=59,57
58
d1=7,5
СТК3
R2=157,04
57
d2=8÷45 (переменный)
R3=-113,18
32
d3=2,5
ТФ10
R4=плоскость
31
d4=2,35
R5=-57,33
31
d5=2,5
К8
R6=171,4
32
d6=39÷2 (переменный)
R7=77,11
32
d7=6
К8
R8=-77,11
32
d8=17 (фокусир)
R9=31,77
24
d9=6
СТК3
R10=-70,15
24
d10=1
R11=-52,36
23
d11=2
ТФ10
R12=115,08
22
d12=11
R13=37,22
20,6
d13=4
СТК3
R12=438,5
20,4
d14=22 (фокусир)
R13 = плоскость
17,5
d15=1,2 (Фотокатод ЭОП)
R13 = плоскость
17,5
Параметры варианта исполнения оптической системы объектива:
расчетная длина волны, нм
700
рабочий спектральный диапазон, нм
486÷900
максимальная величина продольной
сферической аберрации в рабочем
спектральном диапазоне, ΔS<sub>max</sub>
0,227
диапазон изменения фокусного расстояния
объектива, Fэкв, мм
от 31,5 до 63,5
относительное отверстие (постоянное)
1:1,5
линейное поле зрения (постоянное), мм
17,5
диаметр апертурной диафрагмы (АД), мм
20
удаление АД от линзы 6, мм
2
Зависимости Fэкв от значений d2 и d6 следующие:
Fэкв
d2
d6
мин
31,5
8,0
39,0
средн
45,3
27,5
19,5
макс
63,5
45,0
2,0
Принцип действия прибора ночного видения заключается в следующем. Объектив 1÷8 формирует изображение объектов на фотокатоде ЭОП 9. ЭОП 9 осуществляет усиление и перенос этого изображения на собственный экран, а окулярная система 10 позволяет рассматривать изображение на экране ЭОП 9.
При перемещении группы линз 11 относительно фотокатода ЭОП 9 из одного крайнего положения в другое меняется эквивалентное фокусное расстояние оптической системы объектива от минимального значения до максимального при постоянном линейном поле зрения и соответственно меняются общее увеличение ПНВ, его угловое поле зрения и разрешающая способность. При промежуточных положениях линз 11 возникает расфокусировка изображения, которая компенсируется подвижкой группы линз 12, при этом максимальная величина подвижки для компенсации этой расфокусировки
max
max
Δd11≤5ΔS.
Подвижкой группы линз 12 также обеспечивается и фокусировка прибора на ближнюю дистанцию.
Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая спектральную эффективность по длинам волн - 0,6 на длине волны 486 нм, 1 на 700 нм, 0,2 на 900 нм (с учетом чувствительности фотокатода ЭОП и светопропускания оптической системы объектива), получаем следующие расчетные значения в плоскости наилучшей установки:
- для Fэкв=31,5 мм:
точка на оси: КПК=80%
точка поля 12 мм:
КПК, вычисленный для меридиональной плоскости,
м
KПK=34%
КПК,
вычисленный для сагиттальной плоскости,
с
КПК=9%
- для Fэкв=63,5 мм:
точка на оси: КПК=77%
точка поля 12 мм:
м
КПК=10%
с
КПК=1%
- для Fсредн=45,3 мм (подвижка группы линз 12 для подфокусировки составляет Δd11=-0,75 мм):
точка на оси: КПК=70%
точка поля 12 мм:
м
- КПК=12%
с
- КПК=17%
Как видно из расчетов, оптическая система объектива обеспечивает приемлемое качество изображения для прибора ночного видения при изменении увеличения подвижкой только одного компонента, при этом сохраняется возможность обеспечения промежуточных значений увеличения при малой подфокусировке другим компонентом, подвижка которого также обеспечивает и фокусировку прибора на ближнюю дистанцию. Раздельная подвижка компонентов объектива позволяет уменьшить трудоемкость изготовления и сборки и исключает необходимость применения нелинейных законов движения компонентов.