Дневно-ночной бинокль с зеркально-линзовым объективом

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к биноклям.
Известен принятый за аналог псевдобинокулярный ночной бинокль (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 540 с. С.70, фото 2.3.5.6 - ночной бинокль НБ-9 фирмы ОАО ЗОМЗ, с. 70, фото 2.3.5в - ночной бинокль F-5010 фирмы ITT, США). Устройства выполнены из последовательно установленных на оптической оси линзового объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и псевдобинокулярной окулярной системы. Она содержит проекционный объектив, сфокусированный на экран ЭОП и оптически сопряженный с двугранной призмой с зеркально отражающими гранями, которые разделяют псевдобинокулярную окулярную систему на правую и левую ветвь, каждая из которых состоит из последовательно установленных на оптической оси промежуточного линзового компонента, плоского зеркала и окуляра.
Устройства обладают невысоким качеством изображения из-за сравнительно низкого качества изображения линзового объектива. Кроме того, устройства не обеспечивают работу днем, ночью при пониженном уровне естественной ночной освещенности (ЕНО) и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также не обеспечивают оперативного получения служебной информации.
Известен принятый за прототип псевдобинокулярный ночной бинокль (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 540 с. С. 90, фото 2.3.5а -ночной бинокль BIF2-6B фирмы Wild Heerbrugg, Швейцария). Устройство выполнено из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива, ЭОП и псевдобинокулярной окулярной системы.
В отличие от устройств-аналогов устройство-прототип обладает более высоким качеством изображения за счет использования зеркально-линзового объектива вместо линзового объектива. Однако по-прежнему устройство не обеспечивает работу днем, ночью при пониженном уровне ЕНО и при пониженной прозрачности атмосферы, а также не обеспечивает оперативного получения служебной информации.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение работы днем, ночью при пониженном уровне ЕНО и при прозрачности атмосферы с возможностью оперативного получения служебной информации.
Указанная задача решается тем, что дневно-ночной бинокль, содержащий последовательно установленные на оптической оси зеркально-линзовый объектив, электронно-оптический преобразователь и псевдобинокулярную окулярную систему, причем зеркально-линзовый объектив содержит последовательно установленные на оптической оси линзу-зеркало, на вторую по ходу луча плоскую оптическую поверхность которой нанесена концентрическая кольцевая зеркально отражающая поверхность, зеркало Манжена и линзовый компенсатор полевых аберраций, оптически сопряженный через кольцевую зеркально отражающую поверхность с зеркалом Манжена, псевдобинокулярная окулярная система содержит проекционный объектив, сфокусированный на экран электронно-оптического преобразователя и оптически сопряженный с двугранной призмой с зеркально отражающими гранями, которые разделяют псевдобинокулярную окулярную систему на правую и левую ветвь, каждая из которых состоит из последовательно установленных на оптической оси промежуточного линзового компонента, плоского зеркала и окуляра, отличающийся тем, что плоские зеркала псевдобинокулярной окулярной системы выполнены дихроичными, а устройство дополнительно содержит дневной бинокуляр, состоящий из правого и левого оптического канала, каждый из которых содержит последовательно установленные на оптической оси линзовый элемент дневного линзового объектива, являющийся периферической частью линзы-зеркала, первое плоское откидное зеркало, второй линзовый элемент первого дневного линзового объектива, второе плоское зеркало, причем в правом дневном линзовом объективе в задней его фокальной плоскости установлена сетка, линзовую оборачивающую систему, между первыми и вторыми линзовыми компонентами которой последовательно установлены второе дихроичное плоское зеркало и третье плоское зеркало, второй линзовый компонент оптически сопряжен через первое дихроичное плоское зеркало с окуляром, устройство дополнительно содержит радиоприемное устройство со штыревой антенной, подключенное к первому OLED-дисплею, на экран которого сфокусирован второй проекционный объектив, оптически сопряженный через правое второе дихроичное плоское и правое третье плоское зеркало с правым вторым линзовым компонентом, в центральной нерабочей части линзы-зеркала выполнено концентрическое отверстие, через которое выведен тепловизионный канал и в котором установлен линзовый инфракрасный объектив, сфокусированный на микроболометрическую матрицу фотодетекторов, подключенную через электронный блок ко второму OLED-дисплею, на экран которого сфокусирован третий проекционный объектив, оптически сопряженный через левое второе дихроичное плоское и левое третье плоское зеркало с левым вторым линзовым компонентом.
Данное устройство обеспечивает возможность работы днем за счет введения дополнительного дневного бинокуляра, при пониженном уровне ЕНО и при пониженной прозрачности атмосферы за счет дополнительного введения тепловизионного канала, а также оперативного получения служебной информации за счет дополнительного введения соответствующего OLED-дисплея, подключенного к радиопередатчику со штыревой антенной.
Блок-схема предлагаемой полезной модели представлена на чертеже фиг. 1. Устройство представляет собой псевдобинокулярный дневно-ночной бинокль. Он содержит ночной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива 1, ЭОП 2 и псевдобинокулярной окулярной системы 3. Зеркально-линзовый объектив 1 состоит из последовательно установленных на оптической оси линзы-зеркала 4, на вторую по ходу луча плоскую оптическую поверхность которой 5 нанесена концентрическая кольцевая зеркально отражающая поверхность 6, (центральная часть линзы-зеркала 4 является нерабочей), зеркала Манжена 7 и линзового компенсатора полевых аберраций 8. Он оптически сопряжен через концентрическую кольцевую зеркально отражающую поверхность 6 с зеркалом Манжена 7 и сфокусирован на фотокатод ЭОП 2. Псевдобинокулярная окулярная система 3 содержит первый проекционный объектив 9. Он сфокусирован на экран ЭОП 2 и оптически сопряжен с двугранной призмой 10. Ее зеркально отражающие грани 11 и 12 разделяют псевдобинокулярную окулярную систему 3 на правую 13 и левую 14 окулярные ветви. Каждая из них состоит из последовательно установленных на оптической оси соответственно правого 15 и левого 16 промежуточных линзовых компонентов, первого правого 17 и первого левого 18 плоских дихроичных зеркал, правого 19 и левого 20 окуляров. Устройство содержит дневной бинокуляр. Он состоит из правого и левого оптических каналов. Каждый канал содержит последовательно установленные на оптической оси первый линзовый элемент 21 (22) дневного линзового объектива, (этот элемент является одновременно периферической частью линзы-зеркала 4), первое плоское откидное зеркало 23 (24), второй линзовый элемент 25 (26) дневного линзового объектива, второе плоское зеркало 27 (28), причем в правом дневном канале в задней фокальной плоскости дневного линзового объектива установлена сетка 29, линзовую оборачивающую систему, содержащую первый линзовый компонент 30 (31) и второй линзовый компонент 32 (33), между которыми последовательно установлены второе дихроичное плоское зеркало (правое 34 и левое 35) и третье плоское зеркало 36 (37). На выходе правого дихроичного плоского зеркала 34 установлен второй проекционный объектив 38, сфокусированный на экран первого OLED-дисплея 39, подключенного ко входу радиопередатчика 40 со штыревой антенной 41. В центральной нерабочей части линзы-зеркала 4 выполнено концентрическое отверстие, через которое выведен тепловизионный канал и в котором установлен инфракрасный (ИК) объектив 42 тепловизионного канала. ИК объектив 42 сфокусирован на микроболометрическую матрицу фото детекторов 43. Ее выход через электронный блок 44 подключен ко второму OLED-дисплею 45. На него сфокусирован третий проекционный объектив 46, оптически сопряженный со вторым левым дихроичным плоским зеркалом 35.
Фотокатод ЭОП 2 работает в области спектра 0,4-0,9 мкм, а экран ЭОП 2 - в области спектра 0,53 - 0,56 мкм. Первое правое дихроичное плоское зеркало 17 и первое левое дихроичное плоское зеркало 18 пропускают 50% излучения в области спектра 0,38 - 0,78 мкм и отражают 50% излучения в области спектра 0,53-0,56 мкм. Вторые правое 34 и левое 35дихроичные плоские зеркала пропускают 50% излучения в области спектра 0,38-0,78 мкм и отражают 50% излучения в этой же области спектра. ИК объектив 42 и микроболометрическая матрица фото детекторов 43 работают в области спектра 8-12 мкм.
Устройство работает следующим образом. При функционировании днем свет от Солнца, отразившись от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в правый и левый дневные каналы. Первые линзовые элементы 21 (22) дневного линзового объектива совместно со вторыми линзовыми элементами 25 (26) этого объектива создают в задней фокальной плоскости дневного линзового объектива перевернутое изображение объекта и фона. При этом свет последовательно отражается от первого откидного плоского зеркала 23 (24), установленного в ходе лучей, и второго плоского зеркала 27 (28). Первый линзовый компонент 30 (31) линзовой оборачивающей системы совместно со вторым ее линзовым компонентом 32 (33) создает прямое изображение в задней фокальной плоскости второго линзового компонента 32 (33), совпадающей с передней фокальной плоскостью правого 19 и соответственно левого 20 окуляров. При этом свет последовательно отражается от второго дихроичного плоского зеркала 34 (35), третьего плоского зеркала 36 (37) и проходит через первое дихроичное плоское зеркало 17 (18). Правый дневной канал выполнен под правый глаз оператора, а левый дневной канал - под левый глаз оператора. Оператор наблюдает стереоскопическое изображение объекта и фона, обнаруживает объект и распознает его. При этом оператор наблюдает также в правом дневном канале сетку 29, с помощью которой оператор визирует на объект и грубо измеряет дальность до него методом «с базой на цели».
-3
При работе ночью в условиях нормированного уровня ЕНО ≥3×10 лк и при нормальной прозрачности атмосферы функционирует ночной канал. Излучение звезд и Луны, определяющее уровень ЕНО, отражается от объекта, окружающего его фона и передается в ночной канал. Его зеркально-линзовый объектив 1 создает изображение объекта и фона на фотокатоде ЭОП 2. При этом плоские откидные зеркала 23 и 24 откинуты и выведены из хода лучей. Излучение проходит при этом через линзу-зеркало 4, последовательно отражается от зеркала Манжена 7, зеркально отражающей поверхности 6 и проходит через линзовый компенсатор полевых аберраций 8, который создает изображение объекта и фона на фотокатоде ЭОП 2. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана ЭОП 2 передается в псевдобинокулярную окулярную систему 3. Ее первый проекционный объектив 9 передает изображение на зеркальные грани 11 и 12 двугранной призмы 10. С помощью этих граней она разделяет изображение, направляя его в правую 13 и в левую 14 окулярные ветви. Правый 15 и левый 16 промежуточные объективы передают изображение в переднюю фокальную плоскость правого 19 и соответственно левого 20 окуляров. При этом излучение отражается от первых дихроичных плоских зеркал 17 и 18 соответственно. Оператор, наблюдая в окуляры, осуществляет поиск, обнаружение и распознавание объекта наблюдения на окружающем его фоне.
-3
При падении ЕНО ниже нормированного значения ЕНО < 3×10 лк и (или) при пониженной прозрачности атмосферы работает тепловизионный канал. При этом собственное тепловое излучение объекта и фона приходит в ИК объектив 42. Он создает тепловое изображение объекта и фона на микроболометрической матрице фотодетекторов 43. Она преобразует изображение в видеосигнал, который усиливается и обрабатывается в реальном масштабе времени в электронном блоке 44. Видеосигнал с его выхода передается во второй OLED- дисплей 45. Третий проекционный объектив 46, сфокусированный на экран второго OLED- дисплея 45, передает изображение с его экрана через левое второе дихроичное плоское зеркало 35 и третье плоское зеркало 37 во второй линзовый компонент 33, который передает изображение через левое дихроичное плоское зеркало 18 в переднюю фокальную плоскость левого окуляра 20, через который оператор наблюдает изображение, осуществляя поиск, обнаружение и распознавание объекта наблюдения на окружающем его фоне.
Для оперативного получения необходимой служебной информации используется радиоприемное устройство 40. Его штыревая антенна 41 воспринимает радиоволновые сигналы, посылаемые с диспетчерского пункта и содержащие служебную информацию. Радиоприемное устройство 40 преобразует радиоволновое излучение в видеосигнал, передаваемый в первый OLED- дисплей 39, на экране которого формируется изображение служебной информации. Оно с помощью второго проекционного объектива 38 передается через второе дихроичное плоское зеркало 34, третье плоское зеркало 36, второй линзовый компонент 32 и первое дихроичное плоское зеркало 17 в переднюю фокальную плоскость правого окуляра 19. Через него оператор наблюдает изображение, считывая служебную информацию.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, в данном устройстве за счет введения дополнительного дневного бинокуляра обеспечивается возможность работы днем, за счет дополнительного введения тепловизионного канала обеспечивается работа при пониженном уровне ЕНО и при пониженной прозрачности атмосферы, а также за счет дополнительного введения соответствующего OLED-дисплея, подключенного к радиопередатчику со штыревой антенной обеспечивается оперативное получение служебной информации.