Дневно-ночной прибор наблюдения-дальномер с двумя увеличениями

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности к приборам ночного видения.
Известен принятый за аналог ночной прибор наблюдения «Альфа-3122» фирмы НПО ФГУП «Альфа» (Бинокль ночного видения «Альфа-3122». Проспект НПО ФГУП «Альфа», РФ, М., 2011 г.). Он состоит из последовательно установленных на оптической оси ночного объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и псевдобинокулярной окулярной системы. Бинокль обеспечивает видение ночью, но не допускает дневное наблюдение, не обеспечивает точного измерения дальности до объекта наблюдения, а также не имеет сменного увеличения. Оно необходимо потому, что для поиска и обнаружения объекта наблюдения нужно, чтобы прибор имел максимально возможный широкий угол поля зрения при допустимом небольшом увеличении, а для распознавания объекта необходимо, чтобы прибор имел максимально возможное увеличение при допустимом небольшом угле поля зрения.
Известен принятый за прототип дневно-ночной прибор наблюдения ОВ-41 фирмы Sopelem, Франция (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность, М.: Новости, 2009 г., 840 с, с. 537, рис. 7.2.1.). Он содержит ночной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси ночного объектива, ЭОП, куб-призмы и окуляра, а также дневной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси дневного объектива, сетки, линзовой оборачивающей системы, содержащей первый и второй линзовые компоненты, между которыми установлено плоское зеркало, причем второй линзовый компонент оптически сопряжен с окуляром через куб-призму. Прибор обеспечивает наблюдение ночью и днем, но не обеспечивает точного измерения дальности до объекта наблюдения, а также не имеет сменного увеличения.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение сменного увеличения с возможностью точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Указанная задача решается тем, что дневно-ночной прибор наблюдения, содержащий ночной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси ночного объектива, электронно-оптического преобразователя и окуляра, а также дневной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси дневного объектива, сетки, расположенной в задней фокальной плоскости дневного объектива, оборачивающей системы, содержащей первый и второй линзовые компоненты, причем второй линзовый компонент оптически сопряжен с окуляром, отличающийся тем, что в дневной канал на входе дневного объектива дополнительно введена первая откидная заслонка, дневной канал дополнительно содержит последовательно установленные на оптической оси вторую откидную заслонку, длиннофокусный объектив, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало и куб-призму с сеткой, установленной также в задней фокальной плоскости длиннофокусного объектива, ночной канал состоит из последовательно установленных на оптической оси дополнительно введенной третьей откидной заслонки, ночного объектива, дополнительно введенного второго дихроичного плоского зеркала, дополнительно введенной второй линзовой оборачивающей системы, содержащей первый и второй линзовые элементы, между которыми установлено третье дихроичное плоское зеркало, электронно-оптического преобразователя и второго окуляра, при этом второй линзовый элемент сфокусирован на фотокатод электронно-оптического преобразователя, длиннофокусный объектив оптически сопряжен через первое дихроичное плоское зеркало, куб-призму и второе дихроичное плоское зеркало с передней фокальной плоскостью первого линзового элемента, дополнительно содержит лазерно-дальномерный канал, содержащий задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен через блок накачки к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован первый проекционный объектив, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало с длиннофокусным объективом, на выходе третьего дихроичного плоского зеркала установлен второй проекционный объектив и фотоприемное устройство, на фоточувствительную площадку которого сфокусирован этот объектив, в состав лазерно-дальномерного канала входит схема сравнения, к первому входу которой подключен второй выход задающего генератора импульсов, а ко второму ее входу - фотоприемное устройство со встроенным усилителем, выход схемы сравнения подключен через измеритель временных интервалов к цифровому светодиодному дисплею, сопряженному с верхней частью оптической поверхности сетки.
Решение данной задачи достигается тем, что дневно-ночной прибор наблюдения дополнительно содержит лазерно-дальномерный канал, а для ступенчатого изменения увеличения используется дополнительно введенный длиннофокусный объектив.
Блок-схема предлагаемой полезной модели представлена на чертеже фиг. 1. Дневно-ночной прибор наблюдения содержит дневной канал 1 и ночной канал 2. Дневной канал 1 состоит из последовательно установленных на оптической оси первой откидной заслонки 3, дневного объектива 4, куб-призмы 5, сетки 6, первой линзовой оборачивающей системы 7, содержащей первый 8 и второй 9 линзовые компоненты, первого окуляра 10. В состав дневного канала 1 входит также вторая откидная заслонка 11, длиннофокусный объектив 12, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало 13 и куб-призму 5 с сеткой 6, установленной в задней фокальной плоскости дневных объективов 4 и 12. Ночной канал 2 состоит из последовательно установленных на оптической оси третьей откидной заслонки 14, ночного объектива 15, второго дихроичного плоского зеркала 16, второй линзовой оборачивающей системы 17, содержащей первый 18 и второй 19 линзовые элементы, между которыми установлено третье дихроичное плоское зеркало 20, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 21 и второй окуляр 22. При этом второй линзовый элемент 19 сфокусирован на фотокатод ЭОП 21. Длиннофокусный объектив 12 оптически сопряжен через первое дихроичное плоское зеркало 13, куб-призму 5, второе дихроичное плоское зеркало 16 с передней фокальной плоскостью первого линзового элемента 18. Устройство содержит также лазерно-дальномерный канал 23. Он содержит задающий генератор (ЗГИ) 24, первый выход которого через блок накачки 25 подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ) 26. На него сфокусирован первый проекционный объектив 27, оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало 13 с длиннофокусным объективом 12. На выходе третьего дихроичного плоского зеркала 20 последовательно установлены второй проекционный объектив 28, фотоприемное устройство (ФПУ) 29, на фоточувствительную площадку которого сфокусирован этот объектив. В состав лазерно-дальномерного канала 23 входит схема сравнения 30, к первому входу которой подключен второй выход ЗГИ 24, а ко второму ее входу - выход ФПУ 29. Выход схемы ранения 30 через измеритель временных интервалов 31 подключен к цифровому светодиодному дисплею 32, соединенному с верхней частью оптической поверхности сетки 6.
Первое дихроичное зеркало 13 пропускает излучение на длине волны 1,55 мкм, отражает в области спектра 1,2-1,7 мкм и в области спектра 0,38-0,78 мкм. Второе дихроичное плоское зеркало 16 пропускает в области спектра 0,8-1,1 мкм, отражает на длине волны 1,55 мкм и в области спектра 1,2-1,7 мкм. Третье дихроичное плоское зеркало 20 пропускает в области спектра 0,8-1,1 мкм и отражает на длине волны 1,55 мкм. Длиннофокусный объектив 12 работает в области спектра 0,38-0,78 мкм и на длине волны 1,55 мкм. Дневной объектив 4 работает в областях спектра 1,2-1,7 мкм и 0,38-0,78 мкм. Гипотенузная грань куб-призмы 5 пропускает 50% излучения в области спектра 0,8-1,7 мкм, отражает 50% излучения в области спектра 0,38-0,78 мкм и пропускает 50% излучения в этой области спектра, а также отражает на длине волны 1,55 мкм. Третье дихроичное плоское зеркало 20 пропускает в области спектра 0,8-1,7 мкм и отражает на длине волны 1,55 мкм. Ночной объектив 15 пропускает в области спектра 0,8-1,1 мкм. Фотокатод ЭОП 21 работает в области спектра 0,8-1,7 мкм, а его экран - в области спектра 0,53-0,56 мкм. ИЛПИ 25 излучает на длине волны 1,55 мкм. ФПУ 29 работает в области спектра 0,8-1,7 мкм. Табло цифрового светодиодного индикатора излучает на дли не волны 0,63 мкм.
Устройство работает следующим образом. При функционировании днем свет Солнца отражается от объекта наблюдения, фона и приходит в приемный объектив 4. При этом первая откидная заслонка 3 откинута и выведена из хода лучей, а вторая откидная заслонка 11 введена в ход лучей. Дневной объектив 4 создает перевернутое изображение объекта и фона в своей задней фокальной плоскости, совпадающей с сеткой 6. При этом свет проходит через куб-призму 5. Далее изображение с помощью первой линзовой оборачивающей системы 7 (ее 8 и 9 линзовых компонентов) оборачивается на 180°, становится прямым и проецируется в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 10, через который оператор осуществляет поиск и обнаружение объекта наблюдения. Сетка 6 служит для визирования на объект наблюдения и грубого измерения дальности до него. Поскольку дневной объектив 4 является короткофокусным и широкоугольным, то и дневной канал 1 с этим объективом 4 соответственно имеет небольшое увеличение, но зато значительный угол поля зрения. Это повышает эффективность поиска и обнаружения объекта. Для обеспечения его распознавания заслонка 3 вводится в ход лучей, а заслонка 11 выводится из хода лучей. При этом вместо дневного объектива 4 работает длиннофокусный объектив 12. Свет Солнца, отраженный от объекта и фона, приходит в длиннофокусный объектив 12. Он создает перевернутое изображение объекта и фона в своей задней фокальной плоскости, совмещенной с сеткой 6. При этом свет отражается от первого дихроичного плоского зеркала 13 и гипотенузной грани куб-призмы 5. Далее дневной канал работает так, как это было описано выше. Поскольку длиннофокусный объектив 12 обеспечивает значительно большее увеличение, чем дневной объектив 4 (при сравнительно небольшом угле поля зрения), то это приводит к повышению эффективности распознавания объекта.
При функционировании устройства ночью с целью поиска и обнаружения объекта излучение звезд и Луны, определяющее уровень естественной ночной освещенности (ЕНО), отражается от объекта, фона и приходит в ночной объектив 15. При этом заслонки 3 и 11 введены в ход лучей, а заслонка 14 выведена из хода лучей. Ночной объектив 15 создает перевернутое изображение объекта и фона в передней фокальной плоскости первого линзового элемента 18 второй оборачивающей системы 17. При этом излучение проходит через второе дихроичное плоское зеркало 16, а на выходе первого линзового элемента 18 - через третье дихроичное плоское зеркало 20. Затем второй линзовый элемент 19 создает прямое изображение на фотокатоде ЭОП 21. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Ночной объектив 15 является короткофокусным и широкоугольным. Поэтому ночной канал 2 с таким объективом имеет небольшое увеличение, но зато значительный угол поля зрения. Это повышает эффективность поиска и обнаружения объекта.
При функционировании устройства ночью с целью распознавания объекта излучение звезд и Луны, определяющее ЕНО, отражается от объекта, фона и приходит в длиннофокусный объектив 12. При этом заслонка 11 открыта, а заслонки 3 и 14 вводятся в ход лучей. Длиннофокусный объектив 12 создает перевернутое изображение объекта и фона в передней фокальной плоскости первого линзового элемента 18 второй оборачивающей системы 17. При этом излучение последовательно отражается от первого дихроичного плоского зеркала 13, проходит через куб-призму 5 и отражается от второго дихроичного плоского зеркала 16. Далее устройство работает так, как это было описано выше. Поскольку длиннофокусный объектив 12 обеспечивает значительно большее увеличение, чем ночной объектив 15 (при сравнительно небольшом угле поля зрения), то это приводит к повышению эффективности распознавания объекта.
При необходимости точного измерения дальности до объекта работает лазерно-дальномерный канал 23. Заслонка 3 введена в ход лучей, а заслонка 14 выведена из хода лучей. С первого выхода ЗГИ 24 синхроимпульсы поступают в блок накачки 25, который преобразует их в импульсы тока накачки. Они подаются на ИЛПИ 26, который генерирует соответствующие импульсы излучения на длине волны 1,55 мкм. Излучение охватывается первым проекционным объективом 27, проходит через первое дихроичное плоское зеркало 13 и коллимируется длиннофокусным объективом 12. Он направляет импульсы излучения на объект, создавая на нем пятно подсвета. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят в ночной объектив 15. Он создает изображение объекта в передней фокальной плоскости первого линзового элемента 18. При этом излучение проходит через второе дихроичное плоское зеркало 16, затем с помощью первого линзового элемента 18 направляется на третье дихроичное плоское зеркало 20, отражается от него и приходит во второй проекционный объектив 28. Он концентрирует импульсы излучения на фоточувствительной площадке ФПУ 29, которое преобразует их в электрические импульсы, усиливает их и подает на второй вход схемы сравнения 30. Одновременно с выдачей синхроимпульсов с первого выхода ЗГИ 24 подаются синхроимульсы на первый вход схемы сравнения 30. В ней осуществляется сравнение времени прихода синхроимульсов со второго выхода ЗГИ 24 и времени прихода импульсов с выхода ФПУ 29. Определенный таким образом временной интервал передается в ИВИ 31, в котором осуществляется измерение этого интервала и его оцифровка. Сигнал с выхода ИВИ 31 передается в цифровой светодиодный индикатор 32, на табло которого отображается цифровое значение дальности до объекта, считываемое оператором через первый окуляр 10.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, благодаря тому, что дневно-ночной прибор наблюдения дополнительно содержит лазерно-дальномерный канал, а для ступенчатого изменения увеличения используется дополнительно введенный длиннофокусный объектив, обеспечивается сменное увеличение с возможностью точного измерения дальности до объекта наблюдения.