Многофункциональный бинокль

Полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к биноклям.
Известен принятый за аналог дневной бинокль (см. «Новая эра инноваций». Профессиональные охотничьи бинокли фирмы Steika-Optic GmbH. Проспект фирмы Steika Optic GmbH, Германия, 2015 г., с. 5, а также «Nikon Sport Optic», 2012 - 2013 гг. Каталог фирмы Nicon Co.Ltd., Япония, 8x10II/10х35Е, 7x50 IFSP WF/10x70, UFSP WP, 8x32 SE/10x42 Е CF/12x50 SECF). Бинокль содержит два идентичных канала - правый и левый, каждый из которых состоит из последовательно установленных на оптической оси дневного объектива, призменной оборачивающей системы Порро и окуляра, причем в левом канале в передней фокальной плоскости окуляра установлена сетка. Недостатками бинокля являются его значительные габариты и масса, невозможность обеспечения наблюдения ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы, а также невозможность точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Известен принятый за прототип дневной бинокль (см. A Better/Vision of the World, Sport Optics. Каталог фирмы Meopa-Optica, s.r.o., Чехия, www.neopa.com, а также «Жить увиденным. Охота». Каталог фирсы Carl Zeiss Sport Optics, Германия, 2012 - 2-13 гг., www.zeiss.de/sports.optic, с. 66, Бинокль 7x50 GAT Marine). Данный бинокль за счет использования в нем в качестве оборачивающей системы призмы Пехана имеет по сравнению с устройством-аналогом меньшие массу и габариты, однако по-прежнему отсутствует возможность обеспечения наблюдения ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы, а также существует невозможность точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение наблюдения ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы с возможностью точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Указанная задача решается тем, что бинокль, состоящий из двух идентичных оптических каналов, каждый из которых состоит из последовательно установленных на оптической оси дневного объектива, призмы Пехана и окуляра, причем в одном из каналов в передней фокальной плоскости окуляра установлена сетка, отличающийся тем, что дневной объектив правого дневного канала выполнен двухкомпонентным, между его первым и вторым линзовыми компонентами дополнительно установлено первое дихроичное плоское зеркало, а между первой призмой Пехана и первым окуляром дополнительно установлено второе дихроичное плоское зеркало, дневной объектив левого дневного канала выполнен двухэлементным, между первым и вторым линзовыми элементами дополнительно установлено третье дихроичное плоское зеркало, между второй призмой Пехана и сеткой дополнительно установлено четвертое дихроичное плоское зеркало, устройство дополнительно содержит активно-импульсный ночной канал, импульсный лазерный осветитель, тепловизионный и лазерно-дальномерный каналы, третье дихроичное плоское зеркало оптически сопрягает первый линзовый элемент с первым проекционным объективом, который оптически сопряжен через первое плоское зеркало и первый узкополосный фильтр при возможности его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, с фотокатодом электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, экран электронно-оптического преобразователя оптически сопряжен через первую линзовую оборачивающую систему, состоящую из первой и второй линзовых сборок, установленное между ними второе плоское зеркало и четвертое дихроичное плоское зеркало и сетку со вторым окуляром импульсный лазерный осветитель содержит первый блок накачки, первый импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, к которому подключен выход первого блока накачки, в состав правого дневного канала входит второй проекционный объектив, сфокусированный на первый импульсный лазерный полупроводниковый излучатель и оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало с первым линзовым компонентом, в состав активно-импульсного ночного канала входит блок стробирования, содержащий задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен ко входу первого блока накачки, а второй выход через последовательно соединенные блок регулируемой задержки и формирователь стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине, тепловизионный канал содержит последовательно установленные на оптической оси инфракрасный объектив и тепловизионный модуль, состоящий из последовательно соединенных микроболометрической матрицы фотодетекторов, электронного блока и OLED-дисплея, экран которого оптически сопряжен через вторую линзовую оборачивающую систему, состоящую из первого и второго линзовых блоков установленное между ними третье плоское зеркало, второй линзовый блок оптически сопряжен через первое дихроичное плоское зеркало, второй линзовый компонент, первую призму Пехана, второе дихроичное плоское зеркало с первым окуляром, лазерно-дальномерный канал содержит блок электронной обработки, первый выход которого подключен ко входу второго блока накачки, подключенного ко второму импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, оптически сопряженному через третий проекционный объектив, четвертое дихроичное плоское зеркало, вторую призму Пехана, второй линзовый элемент и третье дихроичное плоское зеркало с первым линзовым элементом, правый оптический канал содержит также четвертый проекционный объектив, оптически сопряженный через второй узкополосный фильтр лазерно-дальномерного канала с фоточувствительной площадкой фотоприемного устройства и оптически сопряженный через первую призму Пехана, второй линзовый компонент и первое дихроичное плоское зеркало с первым линзовым компонентом дневного объектива правого дневного канала, выход фотоприемного устройства через усилитель подключен ко входу блока электронной обработки, второй выход которого подключен к первому входу измерителя временных интервалов, ко второму входу которого подключен второй выход блока регулируемой задержки, выход измерителя временных интервалов подключен к цифровому светодиодному индикатору дальности, на который сфокусирован четвертый проекционный объектив, оптически сопряженный через втрое дихроичное плоское зеркало с передней фокальной плоскостью первого окуляра.
Решение указанной задачи достигается за счет ввода в устройство активно-импульсного ночного канала, импульсного лазерного осветителя, тепловизионного канала и лазерно-дальномерного канала.
Блок-схема предлагаемой полезной модели представлена на чертеже фиг. 1. Бинокль содержит правый 1 и левый 2 дневные оптические каналы, активно-импульсный (АИ) ночной канал 3, импульсный лазерный осветитель 29, тепловизионный канал 4 и лазерно-дальномерный канал 5. Правый дневной канал 1 состоит из последовательно установленных на оптической оси первого дневного объектива, содержащего первый 6 и второй 7 линзовые компоненты, между которыми установлено первое дихроичное плоское зеркало 8, первой призмы Пехана 9, второго дихроичного плоского зеркала 10 и первого окуляра 11. Левый дневной канал 2 состоит из последовательно установленных на оптической оси второго дневного объектива, содержащего первый 12 и второй 13 линзовые элементы, между которыми установлено третье дихроичное плоское зеркало 14, второй призмы Пехана 15, четвертого дихроичного плоского зеркала 16, сетки 17 и второго окуляра 18. Сетка 17 установлена в передней фокальной плоскости второго окуляра 18. Третье дихроичное плоское зеркало 14 оптически сопрягает первый линзовый элемент 12 с первым проекционным объективом 19. Первый проекционный объектив 19 оптически сопряжен через первое плоское зеркало 20 и первый узкополосный фильтр 21, с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину 22, с фотокатодом электронно-оптического преобразователя (ЭОП) 23 с микроканальной пластиной (МКП) 24. Экран ЭОП 23 оптически сопряжен через первую линзовую оборачивающую систему 25, состоящую из первого линзовой сборки 26 и второй линзовой сборки 27, второе плоское зеркало 28, четвертое дихроичное плоское зеркало 16 и сетку 17 со вторым окуляром 18. В состав устройства входит импульсный лазерный осветитель (ИЛО) 29. Он содержит первый блок накачки 30, первый импульсный лазерный полупроводниковый излучатель (ИЛПИ) 31, к которому подключен выход блока накачки 30. В состав правого дневного канала 1входит второй проекционный объектив 32, сфокусированный на ИЛПИ 31 и оптически сопряженный через первое дихроичное плоское зеркало 8 с первым линзовым компонентом 6. В состав АИ ночного канала 3 входит блок стробирования 33. Он содержит первый задающий генератор импульсов (ЗГИ) 34, первый выход которого подключен ко входу первого блока накачки 30, а второй выход через последовательно соединенные блок регулируемой задержки (БРЗ) 35 и формирователь стробирующих импульсов (ФСИ) 36 к МКП 24. Тепловизионный канал 4 содержит последовательно установленные на оптической оси инфракрасный (ИК) объектив 37 и тепловизионный модуль 38, состоящий из последовательно соединенных микроболометрической матрицы фото детекторов 39, электронного блока 40 и OLED-дисплея 41. Его экран оптически сопряжен через вторую линзовую оборачивающую систему 42, состоящую из первого линзового блока 43 и второго линзового блока 44, третье плоское зеркало 45 с первым дихроичным плоским зеркалом 8, а затем через второй линзовым компонент 7, первую призму Пехана 9, второе дихроичное плоское зеркало 10 с первым окуляром 11. Лазерно-дальномерный канал 5 содержит блок электронной обработки (БЭО) 46. Его первый выход через второй блок накачки 47 подключен ко второму ИЛПИ 48. Он оптически сопряжен через третий проекционный объектив 49, четвертое дихроичное плоское зеркало 16, вторую призму Пехана 15, второй линзовый элемент 13 и третье дихроичное плоское зеркало 14 с первым линзовым элементом 12 дневного объектива левого дневного канала 2. Устройство содержит также четвертый проекционный объектив 50, оптически сопряженный через второй узкополосный фильтр 51 с фоточувствительной площадкой фотоприемного устройства (ФГГУ) 52 и оптически сопряженный через вторую призму Пехана 9, второй дневной компонент 7, первое дихроичное зеркало 8 с первым дневным компонентом 6 дневного объектива правого дневного канала 1. Выход ФПУ 52 через усилитель 53 подключен ко входу БЭО 46. Второй выход БЭО 46 подключен к первому входу измерителя временных интервалов (ИВИ) 54, ко второму входу которого подключен второй выход БРЗ 35. Выход ИВИ 54 подключен к цифровому светодиодному индикатору дальности 55. На него сфокусирован четвертый проекционный объектив 56, оптически сопряженный через второе дихроичное плоское зеркало 10 с передней фокальной плоскостью первого окуляра 11.
Указанные элементы конструктивно объединены в едином корпусе и механически скреплены друг с другом.
Первое дихроичное зеркало 8 пропускает в области спектра 0,38 - 0,75 мкм, отражает в области спектра 0,53 - 0,56 мкм и на длине волны 0,85 мкм, второе дихроичное плоское зеркало 10 пропускает в области спектра 0,38 - 0,78 мкм, отражает в на длине волны 0,63 мкм и 1,55 мкм, третье дихроичное плоское зеркало 14 пропускает в области спектра 0,38 - 0,75 мкм и на длине волны 1,55 мкм, отражает в области спектр 0,8 - 1,7 мкм, четвертое дихроичное плоское зеркало 16 пропускает в области спектра 0,38 - 0,78 мкм, отражает на длинах волн 0,53 - 0,56 мкм и 1,55 мкм. Первый ИЛПИ 31 излучает на длине волны 0,85 мкм. Первый узкополосный фильтр 21 и имеет ширину спектра, равную спектральной полосе излучения первого ИЛПИ 31. Фотокатод ЭОП 24 работает в области спектра 0,8 - 1,7 мкм. Второй ИЛПИ 48 излучает на длине волны 1,55 мкм. Второй узкополосный фильтр 51 пропускает на длине волны 1,55 мкм и имеет ширину спектра, равную спектральной полосе излучения второго ИЛПИ 47. ФПУ 52 работает в области спектра 0,8 - 1,7 мкм. Цифровой светодиодный индикатор дальности 55 излучает на длине волны 0,63 мкм. Микроболометрическая матрица 39 работает в области спектра 8-12 мкм. Экран ЭОП 23 и экран OLED-дисплея 41 работают в области спектра 0,53 - 0,56 мкм.
Устройство работает следующим образом. При функционировании днем работают правый 1 и левый 2 дневные каналы. Свет от Солнца, отразившись от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в первый линзовый компонент 6, проходит через первое дихроичное плоское зеркало 8, второй линзовый компонент 7 и создает перевернутое изображение объекта и фона в задней фокальной плоскости второго линзового компонента 7. Изображение затем передается через первую призму Пехана 9, оборачивается в ней на 180°, становится прямым, а затем передается через второе дихроичное плоское зеркало 10 в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 11. Через него оператор наблюдает изображение правым глазом. Одновременно свет от Солнца, отразившись от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в первый линзовый элемент 12, проходит через третье дихроичное плоское зеркало 14, второй линзовый элемент 13 и создает перевернутое изображение объекта и фона в задней фокальной плоскости второго линзового элемента 13. Изображение затем передается через вторую призму Пехана 15, оборачивается в ней на 180°, становится прямым, а затем передается через четвертое дихроичное плоское зеркало 16 и сетку 17 в переднюю фокальную плоскость второго окуляра 18. Через него оператор наблюдает изображение левым глазом. С помощью сетки 17 оператор визирует на объект наблюдения и грубо определяет дальность до него. Изображение обоих дневных каналов 1 и 2 совмещается в мозгу оператора в единое стереоскопическое изображение.
При работе ночью включается ночной АИ канал 3. При этом первый линзовый элемент 12 в сочетании с первым проекционным объективом 19 образуют ночной объектив. Поиск и обнаружение объекта осуществляются при работе АИ ночного канала 3 в пассивном режиме. При этом излучение звезд и Луны, определяющее уровень естественной ночной освещенности (ЕНО), отражается от объекта и окружающего его фона, проходит через первый линзовый элемент 12, отражается от третьего дихроичного плоского зеркала 14, приходит в первый проекционный объектив 19 и отражается от первого плоского зеркала 20. Ночной объектив, образованный первым линзовым элементом 12 и первым проекционным объективом 19, создает изображение объекта и фона на фотокатоде ЭОП 23. При этом первый узкополосный фильтр 21 выведен из хода лучей, а вместо него введена компенсирующая плоскопараллельная пластина 22. ЭОП 23 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 24. Изображение с экрана ЭОП 23 с помощью первой оборачивающей системы 25 (ее первой 26 и второй 27 линзовых сборок), второго плоского зеркала 28 и после отражения от четвертого дихроичного плоского зеркала 16 и через сетку 17 передается в переднюю фокальную плоскость второго окуляра 18. Через него оператор наблюдает изображение и осуществляет в широком угле поля зрения поиск и обнаружение объекта. Данная работа осуществляется только при нормированном уровне ЕНО>3x10' лк и при нормальной прозрачности атмосферы. Если уровень ЕНО ниже нормируемого значения и (или) имеет место пониженная прозрачность атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), то включается тепловизионный канал 4. При этом собственное тепловое излучение объекта и фона приходит в ИК объектив 37. Он создает тепловое ИК изображение объекта и фона на фоточувствительной площадке микроболометрической матрицы фотодетекторов 39 тепловизионного модуля 38. Матрица 39 преобразует изображение в видеосигнал. Он усиливается и обрабатывается в реальном масштабе времени в электронном блоке 40. С его выхода видеосигнал поступает в OLED-дисплей 41. Изображение с его экрана с помощью второй линзовой оборачивающей системы 42 (ее первого 43 и второго 44 линзовых блоков), третьего плоского зеркала 45, передается на первое дихроичное зеркало 8, отражается от него и передается через второй линзовый компонент 7, первую призму Пехана 9 и второе дихроичное плоское зеркало 10 в фокальную плоскость первого окуляра 11. Оператор через него наблюдает изображение и осуществляет поиск и обнаружение объекта. После обнаружения объекта для обеспечения его распознавания АИ ночной канал 3 переводится в АИ режим работы. При этом плоскопараллельная компенсирующая пластина 22 выводится из хода лучей, а на ее место в ход лучей вводится первый узкополосный фильтр 21. Он служит для спектральной селекции объекта наблюдения на фоне световых помех. Включаются ИЛО 29 и блок стробирования 33. Синхроимпульсы с первого выхода ЗГИ 34 передаются на вход первого блока накачки 30. В нем синхроимпульсы преобразуются в импульсы тока накачки, поступающие в первый ИЛПИ 31. Он генерирует соответствующие импульсы излучения на длине волны 0,85 мкм. Это излучение охватывается вторым проекционным объективом 32, отражается от первого дихроичного плоского зеркала 8 и передается в первый линзовый компонент 6. Он совместно со вторым проекционным объективом 32 коллимирует излучение первого ИЛПИ 31 и направляет его на объект наблюдения, создавая на нем пятно подсвета. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят в первый линзовый элемент 12, отражаются от третьего дихроичного плоского зеркала 14, проходят через первый проекционный объектив 19, отражаются от первого плоского зеркала 20, проходят через первый узкополосный фильтр 21 и создают изображение на фотокатоде ЭОП 23. До прихода на фотокатод ЭОП 23 импульса излучения МКП 24 заперта напряжением постоянного смещения, подводимого к МКП 24 с выхода ФСИ 36. Для отпирания МКП 24 на время действия импульса излучения со второго выхода ЗГИ 34 одновременно с выдачей синхроимпульсов с его первого выхода на вход БРЗ 35 подаются синхроимульсы. Они задерживаются в БРЗ 35 по отношению к синхроимпульсам с первого выхода ЗГИ 34. С выхода БРЗ 35 синхроимпульсы передаются в ФСИ 36. Он преобразует синхроимпульсы в импульсы напряжения, равные по амплитуде напряжению постоянного смещения, но противоположные ему по знаку. Благодаря этому с МКП 24 снимается напряжение постоянного смещения, и МКП 24 отпирается на время действия импульса напряжения (импульса строба). При этом изображение в ЭОП 23 преобразуется в видимое и усиливается по яркости с помощью МКП 24. Далее АИ ночной канал 3 работает так, как это было описано выше. При этом оператор плавно изменяет задержку в БРЗ 35. Как только значение задержки окажется равным времени прохождения импульсом излучения расстояния от устройства до объекта и обратно, оператор увидит изображение объекта и распознает его. Для определения дальности до объекта со второго выхода БРЗ 35 сигнал этой задержки подается на первый вход ИВИ 54. В нем осуществляется измерение сигнала задержки, т.е. ее временного интервала, и его преобразование в цифровой код, который поступает в цифровой светодиодный индикатор дальности 55. На его табло высвечивается цифровое значение дальности до объекта. Четвертый проекционный объектив 56 передает изображение этого табло в верхнюю часть передней фокальной плоскости первого окуляра 11 с помощью второго дихроичного плоского зеркала 10. Оператор через первый окуляр 11 наблюдает цифровое значение дальности.
При необходимости точного измерения дальности до объекта днем используется лазерно-дальномерный канал 5. С первого выхода БЭО 46 подаются синхроимпульсы на вход второго блока накачки 47. Он создает соответствующие импульсы тока накачки, которые передаются во второй ИЛПИ 48. Он генерирует соответствующие импульсы излучения на длине волны 1,55 мкм. Это излучение охватывается четвертым проекционным объективом 49, отражается от четвертого дихроичного плоского зеркала 16, проходит через вторую призму Пехана 15, второй линзовый компонент 13 и третье дихроичное плоское зеркало 14. При этом первый линзовый элемент 12 совместно со вторым линзовым элементом 13 и третьим проекционным объективом 49 коллимирует импульсы излучения, направляя их на объект наблюдения. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят в первый линзовый компонент 6, проходят через первое дихроичное плоское зеркало 8, второй линзовый компонент 7, первую призму Пехана 9, отражаются от второго дихроичного плоского зеркала 10, приходят через четвертый проекционный объектив 50 и второй узкополосный фильтр 51. При этом первый линзовый компонент 6 совместно со вторым линзовым компонентом 7 и с четвертым проекционным объективом 50 концентрируют импульсы излучения на фоточувствительной площадке ФПУ 52. Он преобразует импульсы излучения в электрические импульсы тока, которые усиливаются в усилителе 53 и поступают на вход БЭО 46. В нем определяется разность по времени между синхроимпульсом, подаваемым на вход второго блока накачки 47 и импульсом с выхода усилителя 53. Этот разностной сигнал - временной интервал -передается в ИВИ 54. В нем измеряется этот интервал, преобразуется в цифровую форму и передается в цифровой светодиодный индикатор дальности 55. На его табло высвечивается цифровое значение дальности до объекта. Четвертый проекционный объектив 56 передает изображение этого табло в верхнюю часть передней фокальной плоскости первого окуляра 11 с помощью второго дихроичного плоского зеркала 10. Оператор через первый окуляр 11 наблюдает цифровое значение дальности.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, за счет ввода в устройство активно-импульсного ночного канала, импульсного лазерного осветителя, тепловизионного канала и лазерно-дальномерного канала решается обеспечения наблюдения ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы с возможностью точного измерения дальности до объекта наблюдения.