Дневно-ночной бинокль-дальномер

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптических и оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к приборам ночного видения и лазерным дальномерам.
Известен дневной бинокль, состоящий из двух идентичных каналов. Каждый из них содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентный объектив, призменную оборачивающую системы в виде системы Порро и окуляр, причем один из каналов содержит также сетку, на которую сфокусирован окуляр данного канала. Схема бинокля представлена в книге Запрягаевой Л.А., Свешниковой И.С. Расчет и проектирование оптических систем. Часть 1. М.: Издательство МИИГАиК, 2009. - 350 с, с. 70, рис. 2.26. Примером такого бинокля может служить модель БПШЦ 10x50 фирмы ОАО РОМЗ (см. книгу Гейхмана И.Л.., Волкова В.Г. Видение и безопасность, М.: Новости, 2009. - 850 с, с. 373, фото 5.1.9а). Также примером такого бинокля может служить модель ACULON А211 фирмы Nicon (Япония) (см. Sport Optics, каталог фирмы Nicon, 2017 - 2019). Недостатком таких биноклей является их значительная масса, обусловленная применением призменной системы Порро, невозможность работы ночью и невозможность точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Известен принятый за прототип дневной бинокль по патенту на изобретение №2316030 опубл. 27.01.2008 г. (МПК G02В 23/18), состоящий из двух идентичных каналов. Каждый из них содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентный объектив, призменную оборачивающую систему в виде призмы Пехана и окуляр, причем один из каналов содержит также сетку, на которую сфокусирован окуляр данного канала. По такой же схеме выполнен дневной бинокль Carl Zeiss Terra ED 10x40 фирмы Carl Zeiss (Германия), https://www.premium-optics.ru/product/binoculars и модель 8x42HG L DCF/10x42HG L DCF фирмы Nicon (Япония), (см. Sport Optics, каталог фирмы Nicon, 2017 - 2019). Данный бинокль имеет по сравнению с описанным выше биноклем меньшую массу за счет применения призм Пехана вместо призм Порро, но так же не может обеспечить работу ночью и точное измерение дальности.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение работы днем и ночью с возможностью точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Указанный технический результат достигается за счет введения в схему устройства лазерно-дальномерного канала и инфракрасных (ИК) телевизионных (ТВ) камер.
Дневно-ночной бинокль-дальномер, состоящий из двух идентичных первого и второго дневных каналов, каждый из которых содержит последовательно установленные на оптической оси двухкомпонентный дневной объектив, призменную оборачивающую систему в виде призмы Пехана и окуляр, причем один из каналов содержит сетку, на которую сфокусирован окуляр этого канала, дополнительно содержит в первом и втором каналах между первым и вторым компонентами каждого дневного объектива каналов первое и соответственно второе дихроичное зеркало, в первом канале первое дихроичное зеркало оптически сопряжено через дополнительно введенный первый линзовый компонент с дополнительно введенной первой телевизионной камерой, выход которой подключен к первому входу дополнительно введенного блока электронной обработки, во втором канале второе дихроичное зеркало оптически сопряжено через дополнительно введенный второй линзовый компонент с дополнительно введенной второй телевизионной камерой, выход которой подключен ко второму входу блока электронной обработки, выход которого подключен к дополнительно введенному OLED-дисплею, между призмой Пехана и окуляром в первом и втором каналах дополнительно введены соответственно первая и вторая куб-призмы, в устройство дополнительно введен лазерно-дальномерный канал, содержащий задающий генератор импульсов, первый выход которого через введенный блок накачки подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, который через третий линзовый компонент и гипотенузную грань первой куб-призмы оптически сопряжен с первой призмой Пехана, а второй выход задающего генератора импульсов подключен к первому входу схемы сравнения, лазерно-дальномерный канал содержит также фотоприемное устройство, которое через четвертый линзовый компонент и гипотенузную грань второй куб-призмы оптически сопряжено со второй призмой Пехана, выход фотоприемного устройства через усилитель подключен ко второму входу схемы сравнения, выход которой через измеритель временных интервалов подключен к цифровому светодиодному дисплею, оптически сопряженному через пятый линзовый компонент и первую куб-призму с первым окуляром, a OLED-дисплей через шестой линзовый компонент и вторую куб-призму оптически сопряжен со вторым окуляром.
Сущность полезной модели поясняется чертежом фиг. 1. Полезная модель в виде дневно-ночного бинокля-дальномера состоит из двух идентичных дневных каналов 1 и 2, каждый из которых содержит последовательно установленные на оптической оси первый 3 и соответственно второй 4 двухкомпонентные дневные объективы, один из которых состоит из первого 5 и второго 6 линзовых компонентов объектива, а другой состоит из первого 7 и второго 8 линзовых компонентов объектива. Между этими компонентами в первом канале 1 установлено первое дихроичное зеркало 9, а во втором канале 2 - второе дихроичное зеркало 10. На выходе двухкомпонентного объектива 3 в первом канале 1 последовательно установлены первая призма Пехана 11, первая куб-призма 12, сетка 13 и первый окуляр 14. Во втором канале 2 на выходе двухкомпонентного объектива 4 последовательно установлены вторая призма Пехана 15, вторая куб-призма 16 и второй окуляр 17. Дихроичное зеркало 9 в первом канале 1 оптически сопряжено через первый линзовый компонент 18 с первой ТВ камерой 19, выход которой подключен к первому входу блока электронной обработки (БЭО) 20. Второе дихроичное зеркало 10 во втором канале 2 оптически сопряжено через второй линзовый компонент 21 со второй ТВ камерой 22, выход которой подключен ко второму входу БЭО 20. Его выход подключен к OLED-дисплею 23. Бинокль содержит лазерно-дальномерный канал. Он включает в себя задающий генератор импульсов (ЗГИ) 24, первый выход которого через блок накачки 25 подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ) 26, который через третий линзовый компонент 27 и гипотенузную грань первой куб-призмы 12 оптически сопряжен с первой призмой Пехана 11. Второй выход ЗГИ 24 подключен к первому входу схемы сравнения 28. В состав лазерно-дальномерного канала входит также фотоприемное устройство (ФПУ) 29, которое через четвертый линзовый компонент 30 и гипотенузную грань второй куб-прпизмы 16 оптически сопряжен со второй призмой Пехана 15. Выход ФПУ 29 через усилитель 31 подключен ко второму входу схемы сравнения 28, выход которой через измеритель временных интервалов (ИВИ) 32 подключен к цифровому светодиодному дисплею 33, оптически сопряженному через пятый линзовый компонент 34 и первую куб-призму 12 с первым окуляром 14. OLED-дисплей 23 через шестой линзовый компонент 35 и вторую куб-призму 16 оптически сопряжен со вторым окуляром 17.
Устройство работает следующим образом. При работе днем свет, определяемый уровнем естественной дневной освещенности, 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 (компоненты 5, 6) создает перевернутое изображение объекта и фона, которое оборачивается на 180° с помощью первой призмы Пехана 11, становится прямым и переносится через первую куб-призму 12 в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 14. Аналогичным образом двухкомпонентный объектив 4 дневного канала 2 (компоненты 7 и 8) создает перевернутое изображение объекта и фона, которое оборачивается на 180° с помощью второй призмы Пехана 15 и становится прямым. Это изображение через вторую куб-призму 16 передается в переднюю фокальную плоскость второго окуляра 17. Оператор наблюдает через дневные каналы 1 и 2 изображение объекта и фона, а также накладывающуюся на него изображение сетки, по которой можно грубо определить дальность до объекта.
При работе лазерно-дальномерного канала с первого выхода ЗГИ 24 подается запускающий синхроимпульс на вход блока накачки 25. Он формирует импульсы тока накачки, которые возбуждают ИЛПИ 26. Он генерирует импульсы излучения на длине волны 1,55 мкм. Это излучение передается в третий линзовый компонент 27, затем отражается от гипотенузной грани первой куб-призмы 12, проходит через первую призму Пехана 11 и коллимируется объективом 3 совместно с третьим линзовым компонентом 27, направляя излучение подсвета на объект наблюдения и создавая на нем «точечное» пятно подсвета. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят во второй двухкомпонентный объектив 4 (компоненты 7, 8), проходят через вторую призму Пехана 15, отражаются от гипотенузной грани второй куб-призмы 16 и концентрируются в результате совместного действия второго объектива 4 и четвертого линзового компонента 30 на фоточувствительной площадке ФПУ 29, который импульсы излучения преобразует в импульсные электрические сигналы. Они поступают в усилитель 31, где усиливаются и затем поступают на второй вход схемы сравнения 28. На ее первый вход одновременно с подачей синхроимпульсов с первого выхода ЗГИ 24 приходят синхроимпульсы со второго его выхода. В схеме сравнения 28 формируется сигнал разности во времени между моментом прихода синхроимпульса со второго выхода ЗГИ 24 и моментом прихода импульсного сигнала с выхода усилителя 31. Эта разность пропорциональна дальности до объекта наблюдения. Сигнал разности с выхода схемы сравнения 28 поступает в ИВИ 32, где измеряется и преобразуется в цифровую форму. Этот сигнал поступает в цифровой светодиодный дисплей 33, где преобразуется в цифровое значение дальности. Это цифровое изображение с индикаторного дисплея 33 с помощью пятого линзового компонента 34 передается в первую куб-призму 12, отражается от ее гипотенузной грани и переносится в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 14, через который и наблюдается оператором.
При работе ночью излучение, определяемое уровнем естественной ночной освещенности, отражается от объекта и фона и приходит в первый объектив 3. Его первый линзовый компонент 5 передает излучение на первое дихроичное зеркало 9, отражается от него и с помощью первого линзового компонента 18 создает изображение объекта и фона на матрице фотодетекторов на основе соединения InGaAs первой ТВ камеры 19, работающей в области спектра 0,9-1,7 мкм и допускающей наблюдение при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.). Первая ТВ камера 19 преобразует изображение в видеосигнал, который поступает на первый вход БЭО 20. Излучение от объекта и фона приходит также во второй объектив 4. Его первый линзовый компонент 7 переносит излучение на второе дихроичное зеркало 10, излучение отражается от него и с помощью второго линзового компонента 21 создает изображение на кремниевой матрице ПЗС второй ТВ камеры 22, работающей в области спектра 0,8-1,1 мкм. Видеосигнал со второй ТВ камеры 22 приходит на второй вход БЭО 20. Он с помощью встроенного микропроцессора обрабатывает изображение с обоих ТВ камер 19 и 22 в реальном масштабе времени и создает единое интегрированное изображение, воплощающее в себе лучшие информационные признаки изображений в ТВ камерах 19 и 22. Это изображение передается в OLED-дисплей 23 с выхода БЭО 20. Экран OLED-дисплея 23 с помощью шестого линзового компонента 35 и гипотенузной грани второй куб-призмы 16 оптически сопряжен с передней фокальной плоскостью второго окуляра 17, через который оператор наблюдает изображение.
Экран OLED-дисплея 23 работает в области спектра 0,53-0,56 мкм, а цифровой светодиодный дисплей 33 - в области спектра 0,63-0,69 мкм. Соответственно этому гипотенузная грань первой куб-призмы 12 пропускает излучение в области спектра 0,38-0,78 мкм, отражает излучение в области спектра 0,63-0,69 мкм и на длине волны 1,55 мкм. Гипотенузная грань второй куб-призмы 16 пропускает излучение в области спектра 0,38-0,78 мкм и отражает в области спектра 0,53-0,56 мкм и на длине волны 1,55 мкм.
Первое дихроичное зеркало 9 пропускает излучение в области спектра 0,38-0,78 мкм и на длине волны 1,55 мкм, но отражает излучение в области спектра 0,9-1,7 мкм, второе дихроичное зеркало 10 пропускает излучение в области спектра 0,38-0,78 мкм и на длине волны 1,55 мкм, но отражает излучение в области спектра 0,8-1,1 мкм.
В настоящее время разработана 'принципиальная схема устройства и выполнено ее макетирование.
Таким образом, данное устройство работает как днем, так и ночью и обеспечивает точное измерение дальности до объекта наблюдения.