Многофункциональный ночной бинокль

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности к приборам ночного видения.
Известен принятый за аналог ночной бинокль (НБ) ПН-9К фирмы ГУП ПО НПЗ (см. Гейман, Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 840 с. - с. 70, фото 2.3.4.а). Он состоит из двух идентичных оптико-электронных каналов. Каждый из них состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и окуляра. НБ обладает простотой и надежностью в эксплуатации. Однако он не обеспечивает видение при низком уровне естественной ночной освещенности (ЕНО) и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.) и не обладает чувствительностью в ультрафиолетовой (УФ-) области спектра, необходимой для разведки радиационной обстановки по свечению атмосферы в этой области спектра. Кроме того, НБ не способен передавать изображение дистанционно.
Известен принятый за прототип ночной бинокль FIITS 14 фирмы ITT (США) (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Техническое зрение. Инновации. М.: Техносфера, 2014 - 840 с. 616, фото 7.1.9а). НБ состоит из двух оптико-электронных каналов: ночного канала и тепловизионного (ТВП) канала. Ночной канал состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива, ЭОП с МКП и окуляра. ТВП канал состоит из последовательно установленных на оптической оси инфракрасного (ИК) объектива, ТВП модуля в габаритах ЭОП, содержащего последовательно электрически соединенные микроболометрическую матрицу (МБМ) фотодетекторов, электронный блок (ЭБ), OLED дисплей, и окуляра. Оператор правым глазом наблюдает в окуляр ночного канала, а левым глазом - в окуляр ТВП канала. Мозг суммирует эти два изображения в единое изображение. В ТВП канале можно наблюдать изображение объекта наблюдения при низких уровнях ЕНО и в известной степени при пониженной прозрачности атмосферы, а в ночной канал - линию горизонта и фон, окружающий объект, которые плохо видны в ТВП канал. Недостатком устройства является его неспособность работать в УФ-области спектра, ограниченность возможностей ТВП канала при всех условиях пониженной прозрачности атмосферы, а также неспособность передать изображение дистанционно.
Задачей полезной модели является обеспечение видения при всех условиях пониженной прозрачности атмосферы с возможностью наблюдения в УФ-области спектра и дистанционной передачи изображения.
Указанная задача решается тем, что многофункциональный ночной бинокль, содержащий ночной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, электронно-оптического преобразователя и окуляра, и тепловизионный канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси инфракрасного объектива, тепловизионного модуля, содержащего последовательно соединенные микроболометрическую матрицу фотодетекторов, электронный блок и OLED-дисплей, и второго окуляра, отличающийся тем, что дополнительно содержит ультрафиолетовый канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси ультрафиолетового объектива, электронно-оптического преобразователя с ультрафиолетовым фотокатодом и первой оптики переноса, содержащей первый линзовый компонент, сфокусированный на экран электронно-оптического преобразователя с ультрафиолетовым фотокатодом, и сопряженный через первое плоское зеркало со вторым линзовым компонентом первой оптики переноса, оптически сопряженным с первым окуляром через дополнительно введенную в ночной канал между экраном электронно-оптического преобразователя и первым окуляром первую куб-призму, дополнительно содержит SWIR ночной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси SWIR объектива, SWIR электронно-оптического преобразователя и вторую оптику переноса, содержащую первый линзовый компонент, сфокусированный на экран SWIR электронно-оптического преобразователя и сопряженный через второе плоское зеркало со вторым линзовым компонентом второй оптики переноса, сопряженный со вторым окуляром через установленную между экраном SWIR электронно-оптического преобразователя и вторым окуляром вторую куб-призму, на втором выходе первой куб-призмы установлен первый проекционный объектив, оптически сопрягающий экран электронно-оптического преобразователя и экран электронно-оптического преобразователя с ультрафиолетовым фотокатодом с матрицей ПЗС первой телевизионной камеры, выход которой подключен к первому входу блока электронной обработки, на втором выходе второй куб-призмы установлен второй проекционный объектив, оптически сопрягающий экран SWIR электронно-оптического преобразователя и экран OLED-дисплея с матрицей ПЗС второй телевизионной камеры, выход которой подключен к второму входу блока электронной обработки, первый выход которого подключен к жидкокристаллическому дисплею, а второй выход - к радиопередатчику со штыревой антенной.
Указанная задача решается благодаря дополнительному введению оптико-электронного канала, работающего в области спектра 0,8-1,7 мкм, а также УФ-канала, работающего в области спектра 0,15-0,35 мкм.
Блок схема предлагаемого устройства представлена на чертеже фиг. 1. Многофункциональный ночной бинокль содержит ночной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива 1, ЭОП 2, первой куб-призмы 3 и первого окуляра 4. Бинокль содержит УФ- канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси УФ- объектива 5, ЭОП 6 с УФ- фотокатодом, работающим в области спектра 0,15-0,35 мкм, и первой оптики переноса 7, первый линзовый компонент 8 которой сфокусирован на экран ЭОП 6 и оптически сопряжен через первое плоское зеркало 9 со вторым линзовым компонентом 10 оптики переноса 7, который оптически сопряжен через первую куб-призму 3 с первым окуляром 4. Устройство содержит также ТВП канал. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси инфракрасного (ИК) объектива 11, ТВП модуля 12 в габаритах ЭОП, содержащего последовательно соединенные МБМ фотодетекторов 13, ЭБ 14, OLED дисплей 15, второй куб-призмы 16 и второго окуляра 17. Устройство содержит также SWIR канал. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси SWIR объектива 18, SWIR ЭОП 19 и второй оптики переноса 20, первый линзовый компонент 21 которой сфокусирован на экран SWIR ЭОП 19, и оптически сопряжен через второе плоское зеркало 22 со вторым линзовым компонентом 23 второй оптики переноса 20, который оптически сопряжен через вторую куб-призму 16 со вторым окуляром 17. На втором выходе первой куб-призмы 3 установлен первый проекционный объектив 24, оптически сопрягающий экран ЭОП 2 и экран ЭОП 6 с матрицей ПЗС первой телевизионной (ТВ) камеры 25, выход которой подключен к первому входу блока электронной обработки (БЭО) 26. На втором выходе второй куб-призмы 16 установлен второй проекционный объектив 27, оптически сопрягающий экран SWIR ЭОП 19 и экран OLED дисплея 15 с матрицей ПЗС второй ТВ камеры 28, выход которой подключен ко второму входу БЭО 26. Его первый выход подключен к жидкокристаллическому (ЖК) дисплею 29, а второй выход - к радиопередатчику 30 со штыревой антенной 31.
Устройство работает следующим образом.
-3
При работе ночного канала при нормальной прозрачности атмосферы и нормированном уровне естественной ночной освещенности ЕНО≥3×10 лк, определяемом излучением звезд и Луны, это излучение отражается от объекта наблюдения, окружающего его фона и приходит в объектив 1. Он 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 через первую куб-призму 3 в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 4 и через него наблюдается оператором. При необходимости наблюдения люминесцентного свечения в атмосфере в УФ-области спектра, вызванного радиоактивным заражением местности, а также при необходимости наблюдения видимого в УФ-области спектра коронного разряда линий высоковольтных электропередач работает УФ-канал. Его УФ-объектив 5 создает изображение источника УФ-излучения на фотокатоде ЭОП 6, который преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Это изображение с помощью первой оптики переноса 7 (ее первого 8 и второго 10 линзовых компонентов) передается в переднюю фокальную плоскость первого окуляра 4. При этом излучение последовательно отражается от первого плоского зеркала 9 и гипотенузной грани первой куб-призмы 3. Это изображение также наблюдается оператором через первый окуляр 4. Оба изображения накладываются одно на другое, так что оператор видит изображение сцены и наложенное на него изображение люминесцирующего слоя атмосферы. Это позволяет определить, где конкретно находится зараженный участок местности. Поскольку экран ЭОП 2 излучает в области спектра 0,53-0,56 мкм, а экран ЭОП 6 - в области спектра 0,63-0,69 мкм, то для одновременного наблюдения этих изображений гипотенузная грань первой куб-призмы 3 имеет дихроичное покрытие, пропускающее в области спектра 0,53-0,56 мкм и отражающее в области спектра 0,63-0,69 мкм.
-3
При работе в условиях пониженной прозрачности атмосферы и пониженном уровне ЕНО <  лк работает ТВП канал. В его ИК объектив 11 приходит собственное тепловое излучение объекта и фона. ИК объектив 11 создает тепловое их изображение на МБМ 13 ТВП модуля 12. МБМ 13 преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в ЭБ 14. Здесь происходит обработка и усиление видеосигнала, который с выхода ЭБ 14 поступает в OLED-дисплей 15. Изображение с экрана OLED-дисплея 15 передается через вторую куб-призму 16 в переднюю фокальную плоскость второго окуляра 17 и наблюдается через него оператором. Поскольку ТВП канал сравнительно плохо создает изображение фона и линии горизонта, то одновременно с ним работает SWIR (Shot Vawe Infra Red) канал. Он так же хорошо работает при пониженной прозрачности атмосферы, причем в таких условиях, когда ТВП канал мало эффективен, а также при пониженном уровне ЕНО. SWIR-объектив 18 SWIR-канала принимает излучение, отраженное от объекта и фона и определяемое уровнем ЕНО. Объектив 18 создает изображение на InGaAs фотокатоде SWIR ЭОП 19. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана SWIR ЭОП 19 с помощью второй оптики переноса 20 (ее первого 21 и второго 23 линзовых компонентов) передается в переднюю фокальную плоскость второго окуляра 17. При этом излучение последовательно отражается от второго плоского зеркала 22 и гипотенузной грани куб-призмы 16. Поскольку экран OLED дисплея 15 излучает в области спектра 0,53-0,56 мкм, а экран SWIR ЭОП 19 - в области спектра 0,63-0,69 мкм, то гипотенузная грань второй куб-призмы 16 имеет дихроичное покрытие, пропускающее в области спектра 0,53-0,56 мкм и отражающее в области спектра 0,63-0,69 мкм. Оба изображения накладываются одно на другое, так что оператор видит одновременно изображение объекта, фона и линию горизонта. Оператор может наблюдать все изображения вместе, попарно или попеременно. Мозг суммирует изображения, создавая единую картинку. Одновременно для достижения более высокого качества изображения с экранов ЭОП 2 и ЭОП 6 с помощью первого проекционного объектива 24 передаются на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 25. Сигнал с ее выхода передается на первый вход БЭО 26. Для этой же цели изображения с экрана OLED-дисплея 15 и с экрана SWIR ЭОП 19 с помощью второго проекционного объектива 27 передается на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 28. Видеосигнал с ее выхода передается на второй вход БЭО 26, который с помощью встроенного микропроцессора обрабатывает все изображения в реальном масштабе времени, заимствует из них наиболее информационные признаки и формирует единое интегрированное изображение. Оно с первого выхода БЭО 26 поступает в ЖК-дисплей 29 и наблюдается оператором с его экрана. Видеосигнал со второго выхода БЭО 26 поступает в радиопередатчик 30, который дистанционно передает изображение с помощью штыревой антенны 31.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, благодаря дополнительному введению оптико-электронного канала, работающего в области спектра 0,8-1,7 мкм, а также УФ-канала, работающего в области спектра 0,15-0,35 мкм, решается задача обеспечения видения при всех условиях пониженной прозрачности атмосферы с возможностью наблюдения в УФ-области спектра и дистанционной передачи изображения.