ПРИЦЕЛ ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ

Полезная модель относится к области тепловизионной техники и может быть использована при изготовлении тепловизионных приборов, предназначенных для прицеливания и ведения прицельной стрельбы из стрелкового оружия в любое время суток, а также в условиях плохой видимости (задымленность, осадки).
В качестве наиболее близкого аналога заявляемой полезной модели принят тепловизионный прибор, предназначенный для преобразования инфракрасных изображений в видимые и используемый в качестве прибора ночного видения.
Тепловизионный прибор, ближайший аналог, содержит инфракрасный объектив, фотоприемник (фотоприемное устройство), блок обработки информации, видеопросмотровое устройство с экраном и прицельной маркой. Инфракрасное излучение от объекта, сфокусированное объективом, проецируется на чувствительные элементы фотоприемника с помощью перемещающегося сканирующего элемента и проекционной системы (оптического блока переноса изображения), расположенной между фокальной плоскостью объектива и фотоприемником. Проекционная система содержит входную и выходную линзы, зеркало, линзу. При этом для устранения паразитной (шумовой) засветки фотоприемника и его чувствительных элементов в проекционной системе перед входной линзой установлена щелевая диафрагма, а выходная линза снабжена апертурной диафрагмой, совмещенной с вогнутым зеркальным отражателем, обращенным к фотоприемнику. Фотоприемник ближайшего аналога выполнен в виде 128-элементной линейки фоточувствительных элементов, преобразующих инфракрасное излучение в электрические сигналы, которые усиливаются и поступают в блок обработки информации. Для поддержания оптимальных параметров фоточувствительных элементов фотоприемник охлаждается сопряженной с ним микрокриогенной системой. При этом, для устранения влияния на фотоприемник вибраций и электромагнитного поля компрессора микрокриогенной системы предусмотрены дополнительные средства (теплопроводный демпфер, установленный между фотоприемником и микрокриогенной системой, и др.). Блок обработки информации ближайшего аналога состоит из последовательно связанных блока аналоговой обработки информации, блока цифровой обработки информации и электроблока, который выполняет функции управления и питания элементов прибора и через который блок цифровой обработки информации связан с видеопросмотровым устройством (RU 2182717 C1, 20.05.2002).
Конструкция тепловизионного прибора, ближайшего аналога, позволяет устранить негативное влияние на фотоприемник внутриприборных тепловых, электромагнитных и механических полей, тем самым обеспечить высокую чувствительность прибора (разрешающую способность) и, соответственно, высокое качество изображения при высокой дальности действия прибора.
Однако, наличие в составе тепловизионного прибора-аналога большого количества элементов и узлов (сканирующий элемент, проекционная система, микрокриогенная система, а также другие дополнительные средства) обуславливает сложность конструкции, большие габариты и вес тепловизионного прибора-аналога, что является его недостатком. Другим недостатком ближайшего аналога является ограниченность его функциональных возможностей, поскольку его нельзя использовать в качестве прицела для стрелкового оружия.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение ее конструкции, уменьшение габаритных размеров и массы, а также расширение функциональных возможностей для обеспечения использования заявляемого прибора в качестве прицела для стрелкового оружия.
Для решения поставленной задачи предлагается тепловизионный прицел, который содержит инфракрасный объектив и последовательно связанные фотоприемное устройство, блок обработки информации и видеопросмотровое устройство с экраном и прицельной маркой, а также, дополнительно, блок памяти и окуляр. При этом инфракрасный объектив предлагаемого тепловизионного прицела содержит компенсатор расфокусировки изображения, который расположен перед фотоприемным устройством, а фотоприемное устройство установлено в фокальной плоскости объектива и выполнено в виде матрицы неохлаждаемых болометрических чувствительных элементов, блок памяти подключен к входу блока обработки информации и содержит значения коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы, а блок обработки информации выполнен с возможностью непрерывного измерения температуры чувствительных элементов матрицы и вычисления значений коэффициентов коррекции для текущих значений температуры каждого чувствительного элемента матрицы на основе заданных и содержащихся в блоке памяти значений коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы.
В заявляемой полезной модели фотоприемное устройство выполнено в виде матрицы неохлаждаемых болометрических чувствительных элементов, которая не требует использования в приборе криогенной системы охлаждения. При этом за счет того, что в заявляемую полезную модель введен блок памяти, который подключен к входу блока обработки информации и содержит значения коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы, а блок обработки информации выполнен с возможностью непрерывного измерения температуры чувствительных элементов матрицы и вычисления значений коэффициентов коррекции для текущих значений температуры каждого чувствительного элемента матрицы на основе заданных и содержащихся в блоке памяти значений коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы, становится возможным корректировать параметры видеосигнала с учетом вычисленных коэффициентов коррекции, тем самым компенсировать ухудшение качества изображения, связанное с негативным влиянием на чувствительные элементы матрицы фотоприемного устройства температуры окружающей среды, а также внутриприборных тепловых полей и шумов. Наряду с этим, за счет того, что инфракрасный объектив предлагаемого тепловизионного прицела содержит компенсатор расфокусировки изображения, расположенный перед фотоприемным устройством, становится возможным компенсировать смещение фокальной плоскости инфракрасного объектива из плоскости чувствительных элементов матрицы, также обусловленное изменением окружающей температуры (термокомпенсация объектива) и ухудшающее качество изображения.
Указанные признаки в совокупности обеспечивают высокое качество видеоизображения без использования дополнительных элементов и узлов, усложняющих конструкцию прибора и увеличивающих его массогабаритные параметры. То есть, обеспечивается упрощение конструкции заявляемой полезной модели, уменьшение ее габаритов и массы при сохранении высокого качества получаемого видеоизображения наблюдаемых объектов и высокой дальности действия прибора.
Дополнительное введение в заявляемую полезную модель окуляра расширяет ее функциональные возможности, поскольку становится возможным рассматривать сформированные на экране видеоизображения наблюдаемых объектов и прицельную марку в определенном угловом поле, на определенном удалении выходного зрачка, (устанавливать определенное удаление выходного зрачка), а так же настраивать изображение в соответствии с индивидуальными особенностями глаза наблюдателя. Это позволяет использовать заявляемую полезную модель в качестве прицела для стрелкового оружия.
В одном из вариантов выполнения тепловизионного прицела инфракрасный объектив может содержать четыре линзы, из которых третья и четвертая по ходу лучей линзы выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и выполняют функцию компенсатора расфокусировки изображения, при этом первая и четвертая по ходу лучей линзы представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутостями к фокальной плоскости, третья линза представляет собой положительный мениск, обращенный выпуклостью к фокальной плоскости, вторая линза двояковогнутая. При этом первая и четвертая по ходу лучей линзы могут быть выполнены из германия, а вторая и третья - из селенида цинка (ZnSe).
В одном из вариантов выполнения тепловизионного прицела окуляр выполнен с малой подвижкой вдоль оптической оси и содержит четыре компонента, при этом первым по ходу лучей компонентом является склейка плоско вогнутой и плоско выпуклой линз, вторым - положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости экрана, третьим - склейка отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, четвертым - положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости экрана.
В заявляемом тепловизионном прицеле прицельная марка может быть выполнена в виде изображения на экране видеопросмотрового устройства.
Блок обработки информации выполняет аналоге - цифровое преобразование электрических сигналов, поступающих с фотоприемного устройства, и обработку оцифрованного сигнала для дальнейшего его представления на экране видеопросмотрового устройства.
Блок памяти, блок обработки информации и видеопросмотровое устройство могут быть реализованы на базе программируемых логических интегральных схем.
Вычисление коэффициентов коррекции для текущих значений температуры каждого чувствительного элемента матрицы на основе заданных и содержащихся в блоке памяти коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы, может быть выполнено способом интерполяции.
На фигуре представлена функциональная схема заявляемого тепловизионного прицела.
Тепловизионный прицел содержит инфракрасный объектив 1 и последовательно связанные фотоприемное устройство 2, блок обработки информации 3, видсопросмотровое устройство 4 с экраном и прицельной маркой (на фиг. не показано), а также блок памяти 5 и окуляр 6. Инфракрасный объектив 1 содержит компенсатор расфокусировки изображения 7, который расположен перед фотоприемным устройством 2. Фотоприемное устройство 2 установлено в фокальной плоскости инфракрасного объектива 1 и выполнено в виде матрицы неохлаждаемых болометрических чувствительных элементов. Блок памяти 5 подключен к входу блока обработки информации 3 и содержит значения коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы. Блок обработки информации 3 выполнен с возможностью непрерывного измерения температуры чувствительных элементов матрицы и вычисления значений коэффициентов коррекции для текущих значений температуры каждого чувствительного элемента матрицы на основе заданных и содержащихся в блоке памяти 5 значений коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы.
Инфракрасный объектив 1 может содержать четыре линзы 8, 9, 10, 11, из которых третья и четвертая по ходу лучей линзы, соответственно, 10 и 11, выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и выполняют функцию компенсатора расфокусировки изображения 7. При этом первая линза 8 и четвертая линза 11 представляют собой положительные мениски, обращенные вогнутостями к фокальной плоскости, третья линза 10 представляет собой положительный мениск, обращенный выпуклостью к фокальной плоскости, вторая линза 9 является двояковогнутой. При этом первая линза 8 и четвертая линза 11 могут быть выполнены из германия, а вторая линза 9 и третья линза 10 - из селенида цинка (ZnSe).
Окуляр 6 может быть выполнен с малой подвижкой вдоль оптической оси и содержать четыре компонента, при этом первым по ходу лучей компонентом является склейка из плоско вогнутой линзы 12 и плоско выпуклой линзы 13, вторым - положительный мениск 14, обращенный вогнутостью к плоскости экрана видеопросмотрового устройства 4, третьим - склейка из отрицательного мениска 15 и двояковыпуклой линзы 16, четвертым - положительный мениск 17, обращенный выпуклостью к плоскости экрана видеопросмотрового устройства 4.
Прицельная марка тепловизионного прицела может быть выполнена в виде изображения на экране видеопросмотрового устройства 4.
Тепловизионный прицел работает следующим образом. Перед началом работы тепловизионного прицела проводят его калибровку и определяют значения коэффициентов коррекции для определенных значений температуры чувствительных элементов матрицы фотоприемного устройства 2, которые обеспечивают требуемое высокое качество изображения, отображаемого на экране видеопросмотрового устройства 4. Полученные при калибровке значения коэффициентов коррекции записывают в блок памяти 5. С блока обработки информации 3 задают параметры работы матрицы чувствительных элементов (уровень сигнала, чувствительность, внутренняя температура). При наблюдении объектов инфракрасный объектив 1 фокусирует инфракрасное излучение объектов наблюдения в плоскости чувствительных элементов матрицы фотоприемного устройства 2. Чувствительные элементы матрицы преобразуют принятое ими инфракрасное излучение в тепловую энергию, которая затем преобразуется в электрические сигналы, параметры которых соответствуют температуре чувствительных элементов матрицы. Электрические сигналы с каждого чувствительного элемента матрицы фотоприемного устройства 2 усиливаются и поступают в блок обработки информации 3, где преобразуются в видеосигнал. При этом блок обработки информации 3 непрерывно измеряет температуру чувствительных элементов матрицы и вычисляет коэффициенты коррекции для текущих значений температуры каждого чувствительного элемента матрицы на основе заданных, полученных на этапе калибровки прибора и записанных в блок памяти 5, коэффициентов коррекции, соответствующих определенным значениям температуры чувствительных элементов матрицы. С учетом вычисленных коэффициентов коррекции блок обработки информации 3 корректирует параметры формируемого им видеосигнала, тем самым компенсирует его искажения из-за неоднородности параметров электрических сигналов чувствительных элементов матрицы, связанной, в том числе, с изменением температуры окружающей среды. Откорректированный видеосигнал поступает в видеопросмотровое устройство 4, на экране которого формируется видимое изображение наблюдаемых объектов, которое рассматривается наблюдателем через окуляр 6. На экране видеопросмотрового устройства 4 также отображается изображение прицельной марки и другая служебная информация.
Для компенсации смещения фокальной плоскости инфракрасного объектива 1 из плоскости чувствительных элементов матрицы, обусловленного влиянием температуры окружающей среды (термокомпенсации объектива), вращательным движением перемещают вдоль оптической оси две последние, третью и четвертую, по ходу лучей линзы 10 и 11 инфракрасного объектива 1: при температуре окружающей среды выше +20°С линзы 10 и 11 перемещают в направлении по ходу лучей, при температуре окружающей среды ниже +20°С линзы 10 и 11 перемещают в направлении, противоположном ходу лучей. Для настройки изображения в соответствии с особенностями глаз наблюдателя, окуляр 6 перемещают вращательным движением вдоль оптической оси. Для ведения стрельбы совмещают изображение прицельной марки с изображением наблюдаемого объекта.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет упростить ее конструкцию, уменьшить ее габаритные размеры и массу, при этом обеспечить высокое качество получаемого изображения наблюдаемых объектов, а также использовать полезную модель в качестве прицела, то есть расширить его функциональные возможности.