Очки ночного видения (варианты)

Изобретение относится к оптико-электронной технике. Очки ночного видения предназначены для ориентирования на местности в темное время суток. Очки содержат две ветви наблюдения, каждая из которых включает объектив, матричное фотоприемное устройство с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра, блок управления, монитор, окуляр и плоское зеркало, установленное под углом к оси окуляра между ним и его выходным зрачком. Техническим результатом изобретения является создание компактных очков ночного видения, обеспечивающих возможность поочередного, по желанию оператора, наблюдения объекта либо через очки, либо напрямую. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к оптико-электронной технике, предназначенной для наблюдения ночью и в условиях пониженной освещенности. Может использоваться велосипедистами, водителями для вождения ночью, охотниками, полицейскими, военными, при производстве подводных работ, при изучении жизни ночных животных и т.п.

Известны очки ночного видения, содержащие последовательно установленные объектив, систему преобразования изображения, выполненную в виде электронно-оптического преобразователя и бинокулярную систему, включающую светоделитель и два окуляра, причем фотокатод электронно-оптического преобразователя расположен в фокальной плоскости объектива, а экран электронно-оптического преобразователя расположен в предметной плоскости обоих окуляров бинокулярной системы. Работа известных очков основана на формировании промежуточного изображения местности (объекта) на фотокатоде электронно-оптического преобразователя. Затем усиленное по яркости промежуточное изображение местности с экрана электронно-оптического преобразователя окулярами бинокулярной системы направляется в глаза наблюдателя, который в результате наблюдает усиленное по яркости псевдобинокулярное изображение местности [1].

К недостаткам известных очков ночного видения следует отнести потерю на 50% яркости изображения местностности, формируемого в каждом глазу оператора, обусловленную наличием светоделителя в бинокулярной системе очков, а также возможность временного ослепления оператора при увеличении освещенности местности, например при включении освещения в темном помещении или при освещении фарами машины местности.

Наиболее близким решением по технической сущности к заявляемому являются очки ночного видения, содержащие две ветви наблюдения, каждая из которых включает последовательно установленные объектив, два взаимно перпендикулярных зеркала, систему преобразования изображения, выполненную в виде электронно-оптического преобразователя, волоконно-оптический жгут, окуляр и зеркало с дихроичным покрытием, установленное под углом к оптической оси окуляра между окуляром и его выходным зрачком, причем один торец волоконно-оптического жгута совмещен с экраном электронно-оптического преобразователя, другой - с предметной плоскостью окуляра, а два взаимно перпендикулярных зеркала установлены на оптической оси объектива между ним и фотокатодом электронно-оптического преобразователя. Очки функционируют следующим образом. Объектив каждой ветви формирует изображение местности на фотокатоде электронно-оптического преобразователя, усиленное по яркости изображение с экрана электронно-оптического преобразователя волоконно-оптический жгут переносит в предметную плоскость окуляра. Глаз наблюдателя, расположенный в выходном зрачке окуляра, одновременно наблюдает усиленное по яркости изображение местности, формируемое пучком лучей идущих от окуляра, отраженных дихроичным зеркалом, и местность за счет пучка лучей, прошедших дихроичное зеркало [2].

К недостаткам очков ночного видения [2] можно отнести низкое качество (разрешающую способность) изображения, наблюдаемого глазом, обусловленное наличием волоконно-оптического жгута в каждой ветви наблюдения. К этому же недостатку приводит одновременное наблюдение усиленного по яркости изображения местности, формируемого ветвью наблюдения, и прямое наблюдение местности через дихроичное зеркало, так как их изображение на сетчатке глаза имеет не одинаковый масштаб. Видимое увеличение ветви наблюдения должно быть равно единице, но отклонение (допуска) в фокусных расстояниях объектива и окуляра, а также отклонение в линейном увеличении электронно-оптического преобразователя приводят к отклонению видимого увеличения ветви наблюдения от единицы.

В основу изобретения положена задача создания компактных очков ночного видения с расширенными функциональными возможностями за счет улучшения качества наблюдаемого изображения и обеспечения возможности поочередного, по желанию наблюдателя, наблюдения объекта либо через очки, либо напрямую.

Сущность изобретения по первому варианту заключается в том, что в очках ночного видения, содержащих две ветви наблюдения, каждая из которых включает последовательно установленные объектив, систему преобразования изображения, окуляр и зеркало, установленное под углом к оптической оси окуляра, между окуляром и его выходным зрачком, в отличие от прототипа система преобразования изображения выполнена в виде матричного фотоприемного устройства с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра излучения, расположенного в фокальной плоскости объектива, монитора, расположенного в предметной плоскости окуляра, и блока управления, включающего блок зеркального преобразования изображения, вход которого соединен с первым выходом матричного фотоприемного устройства, а выход - со входом монитора, причем зеркало установлено под углом "ϕ" к оптической оси объектива, удовлетворяющим соотношению 55°≤ϕ≤75°.

В очках монитор установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси окуляра.

В очках в одну из ветвей наблюдения введено устройство записи и хранения изображения, вход которого соединен со вторым выходом матричного фотоприемного устройства.

В очках в одну из ветвей наблюдения введен радиопередатчик, вход которого соединен с третьим выходом матричного фотоприемного устройства.

В очках в каждой ветви наблюдения матричное фотоприемное устройство выполнено с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо - 8...12 мкм, а объектив выполнен из материала прозрачного для указанного диапазона длин волн, соответственно, либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм.

В очках матричное фотоприемное устройство выполнено в одной ветви наблюдения с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн 0,9...1,1 мкм, а в другой ветви - либо в диапазоне длин волн 3...5 мкм, либо 8...12 мкм и объектив этой ветви наблюдения выполнен из материала прозрачного для диапазона длин волн соответственно либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в очках ночного видения, содержащих последовательно установленные объектив, систему преобразования изображения, бинокулярную систему и два зеркала, каждое из которых установлено под углом к оптической оси соответствующего окуляра бинокулярной системы, между окуляром и его выходным зрачком, в отличие от прототипа система преобразования изображения выполнена в виде матричного фотоприемного устройства с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра излучения, расположенного в фокальной плоскости объектива, двух мониторов, по одному расположенных в предметной плоскости окуляров бинокулярной системы, и блока управления, включающего блок зеркального преобразования изображения, вход которого соединен с первым выходом матричного фотоприемного устройства, а выход - с первыми входами двух мониторов, причем оба зеркала установлены под углом "ϕ" к оптической оси объектива, удовлетворяющим соотношению 55°≤ϕ≤75°.

В очках по второму варианту матричное фотоприемное устройство выполнено с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо - 8...12 мкм, а объектив выполнен из материала прозрачного для указанного диапазона длин волн соответственно либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм.

В очках по второму варианту введено устройство записи и хранения изображения, вход которого соединен со вторым выходом матричного фотоприемного устройства.

В очках по второму варианту введен радиопередатчик, вход которого соединен с третьим выходом матричного фотоприемного устройства.

В очках по второму варианту введен приемник радиоволн, выход которого соединен со вторым входом одного из мониторов.

Выполнение в очках ночного видения по первому варианту системы преобразования изображения в виде матричного фотоприемного устройства с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра излучения, расположенного в фокальной плоскости объектива, монитора, расположенного в предметной плоскости окуляра, и блока управления, вход которого соединен с первым выходом матричного фотоприемного устройства, а выход - со входом монитора, позволяет пространственно разделить и компактно расположить плоскости промежуточного изображения объектива, сформированного инфракрасным излучением на матричном фотоприемном устройстве, и преобразованного, усиленного по яркости изображения в видимой области спектра на экране монитора. Размещение зеркала под углом "ϕ" к оптической оси объектива, удовлетворяющим соотношению 55°≤ϕ≤75°, обеспечивает возможность выполнения линии визирования объектива каждой ветви наблюдения под углом к линии визирования окуляра. Это в свою очередь позволяет совместить выходные зрачки окуляров очков ночного видения с глазами наблюдателя таким образом, что при направлении линии визирования глаза в окуляр (поворотом вверх глазного яблока на 10°...20°) в глаза поступает преобразованное очками изображение объекта. При повороте глазного яблока вниз на угол "-" (10°...20°) линия визирования глаза проходит ниже зеркала и наблюдатель видит объект напрямую. При этом обеспечивается параллельность линий визирования на объект при наблюдении через очки и напрямую. Выполнение в блоке управления блока зеркального преобразования изображения обеспечивает устранение искажения (зеркальный поворот) изображения, вносимого зеркалом. Все вышеперечисленное позволяет решить поставленную задачу, то есть уменьшить, по сравнению с прототипом, габариты и повысить качество наблюдаемых изображений, так как прямое и через очки изображения объекта наблюдаются не одновременно, а поочередно, по желанию наблюдателя и отсутствует снижение яркости изображений на дихроичном зеркале.

Размещение монитора в каждой ветви наблюдения с возможностью перемещения вдоль оптической оси окуляра, дополнительно к решению основной задачи, обеспечивает возможность вводить диоптрийную поправку не изменяя положения выходного зрачка окуляра.

Введение в одну из ветвей наблюдения устройства записи и хранения изображения, вход которого соединен со вторым выходом матричного фотоприемного устройства, дополнительно к решению основной задачи позволяет архивировать изображения в процессе их наблюдения, а затем передавать их специалистам для исследований.

Введение в одну из ветвей наблюдения радиопередатчика, вход которого соединен с третьим выходом матричного фотоприемного устройства, дополнительно к решению основной задачи позволяет передавать изображения в процессе их наблюдения на другой монитор, например напарнику или начальнику наблюдателя.

Выполнение в каждой ветви наблюдения матричного фотоприемного устройства с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо - 8...12 мкм и выполнение объектива из материала прозрачного для указанного диапазона длин волн, соответственно либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм, дополнительно к решению основной задачи обеспечивает возможность наблюдения в абсолютной темноте, например теплокровных животных и людей.

Выполнение в очках матричного фотоприемного устройства в одной ветви наблюдения с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн 0,9...1,1 мкм, а в другой ветви - либо в диапазоне длин волн 3...5 мкм, либо 8...12 мкм и выполнение объектива этой ветви наблюдения из материала прозрачного для диапазона длин волн, соответственно либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм, дополнительно к решению основной задачи обеспечивает возможность одновременного наблюдения изображения слабо освещенной местности и тепловизионного изображения замаскированных на местности людей или теплокровных животных, что особенно важно для разведчиков и охотников.

Выполнение очков ночного видения по второму варианту, в отличие от очков по первому варианту, в виде одной ветви наблюдения и бинокулярной системы дополнительно к решению основной задачи позволяет упростить и удешевить очки.

Введение в очках ночного видения по второму варианту приемника радиоволн и соединение его выхода со вторым входом одного из двух мониторов дополнительно к решению основной задачи позволяет осуществлять обратную связь наблюдателя, например с напарником или начальником.

Сущность изобретения поясняется схемами, приведенными на фиг.1-7. На фиг.1-4 изображены функциональные схемы примеров исполнения очков ночного видения по первому варианту, на фиг.5-7 - схемы примеров исполнения очков ночного видения по второму варианту.

Очки ночного видения содержат ветвь 1 наблюдения, которая включает последовательно установленные объектив 2, систему преобразования изображения, выполненную в виде матричного фотоприемного устройства 3 с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра излучения, расположенного в фокальной плоскости объектива 2, монитора 4 и блока 5 управления, включающего блок зеркального преобразования изображения, окуляр 6 с выходным зрачком 7 и плоское зеркало 8, установленное под углом к оптической оси окуляра 6 между ним и выходным зрачком 7. Зеркало 8 может быть выполнено на отражающей грани призмы 9 (фиг.2, 4). В примере исполнения на фиг.3 и 4 между объективом 2 и матричным фотоприемным устройством 3 установлены под углом к оси объектива 2 плоские зеркала 10 и 11. Очки по первому варианту фиг.1-4 содержат вторую ветвь 12 наблюдения, расположенную параллельно ветви 1 и включающую те же элементы. Очки по второму варианту (фиг.5-7) содержат второй монитор 13 и бинокулярную систему, включающую два окуляра 6 и 14 и два зеркала 8 и 15, установленных под углом к оптической оси соответственно окулярам 6 и 14 между ними и их выходными зрачками 7. Зеркала 8 и 15 расположены под углом 55°≤ϕ≤75° к оптической оси объектива 2, на фиг.4 - под углом ϕ=60°, на фиг.6 - под углом ϕ=55° и на фиг.7 - под углом ϕ=75°. Мониторы 4 и 13 установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси соответственно окуляров 6 и 14. Выход блока 5 управления соединен со входом монитора 4 (фиг.1) или со входами мониторов 4 и 13 (фиг.5), а вход - с первым выходом матричного фотоприемного устройства 3. Устройство 3 в обеих ветвях 1 и 12 может быть выполнено с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо - 8...12 мкм, а объектив 2 в этом случае выполнен из материала прозрачного для указанного диапазона длин волн соответственно либо 3...5 мкм, либо - 8...12 мкм. В примере исполнения на фиг.1 устройство 3 в ветви 1 наблюдения может быть выполнено с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн 0,9...1,1 мкм, а в ветви 12 - либо в диапазоне длин волн 3...5 мкм, либо 8...12 мкм и объектив ветви 12 наблюдения выполнен из материала прозрачного для диапазона длин волн соответственно либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм. Очки ночного видения на фиг.1 содержат устройство 16 записи и хранения изображения, вход которого соединен со вторым выходом матричного фотоприемного устройства 3, и радиопередатчик 17, вход которого соединен с третьим выходом устройства 3. В примере исполнения на фиг.5 очки содержат радиопередатчик 17 и приемник 18 радиоволн, выход которого соединен со вторым входом монитора 4.

Работа очков ночного видения осуществляется следующим образом.

Предварительно очки устанавливают (закрепляют) перед глазами наблюдателя таким образом, чтобы линия визирования глаз на горизонт проходила через нижнее ребро зеркала 8 (см. фиг.2) или ниже его (см. фиг.4, 6 и 7), при этом выходной зрачок 7 окуляра 6 совмещается с глазом наблюдателя. После включения электропитания очков перемещением монитора 4 в ветвях 1 и 12 наблюдения (фиг.1 и 3) или мониторов 4 и 13 (фиг.5) до резкого изображения их экранов вводят диоптрийную поправку под индивидуальные особенности каждого глаза наблюдателя. А совместным перемещением монитора 4 и окуляра 6 в сторону второй ветви или от нее устанавливают необходимое межзрачковое расстояние. При этом оба глаза наблюдателя совмещаются с выходными зрачками 7 окуляров 6 и 14.

В общем случае инфракрасное излучение от объекта наблюдения по направлению, обозначенному одинарной стрелкой на фиг.2, 4, 6 и 7, фокусируется объективом 2 на матричном фотоприемном устройстве 3. Электрические сигналы с первого выхода устройства 3 поступают на вход блока 5 управления, где блок зеркального преобразования изображения устраняет искажение (зеркальный поворот изображения), вносимое зеркалом 8, и поступают на вход мониторов 4 и 13, на экранах которых формируются изображения объектов с учетом их "переворачивания" на зеркалах 8 и 15 соответственно. При повороте "вверх" глазного яблока наблюдателя на угол 10...20° от линии визирования, проходящей через нижнее ребро зеркала 8, линия визирования глаз совмещается с оптической осью окуляров 6 и 14 и наблюдатель видит на экранах мониторов 4 и 13 телевизионные или тепловизионные изображения объектов, которые обеспечивают в примерах исполнения на фиг.1 и 3 стереоскопическое (бинокулярное), а в примере исполнения на фиг.5 псевдобинокулярное зрение наблюдателя через очки ночного видения. При повороте "вниз" глазного яблока наблюдателя на угол "-" 10...20° он напрямую по направлению обозначенному двойной стрелкой наблюдает тот же объект или аккомодирует глаза на другой объект, например на приборную доску средства передвижения, которым он управляет. То есть обеспечивается возможность поочередного, по желанию наблюдателя, слежения за объектом либо через очки ночного видения, либо напрямую. При этом фокусировка в зависимости от дистанции, изображения местности на устройстве 3 осуществляется осевым перемещением объектива 2 либо автоматически приводом по сигналу с устройства 3 (не показано), либо вручную.

В примере исполнения на фиг.3 и 4 инфракрасное излучение в ветвях 1 и 12 объективом 2 и зеркалами 10 и 11 фокусируется на разных участках одного матричного фотоприемного устройства 3, а наблюдатель через окуляры 6 в ветвях 1 и 12 наблюдает соответствующие участки экранов мониторов 4.

В примере исполнения на фиг.1 наблюдатель в процессе наблюдения объектов может записать в устройстве 16 заинтересовавшее его телевизионное или тепловизионное изображение или через передатчик 17 переслать это изображение на другой монитор, например напарнику или начальнику.

В примере исполнения на фиг.5 наблюдатель может пересылать изображение при помощи передатчика 17 и принимать изображение при помощи приемника 18 и наблюдать его на мониторе 4 совместно с изображением объекта, то есть осуществлять обратную связь, например с центром управления.

В случае выполнения в ветви 1 (фиг.1) матричного фотоприемного устройства 3 с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн 0,9...1,1 мкм, а в ветви 12 с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм наблюдатель видит наложенные друг на друга телевизионное и тепловизионное изображения местности. Это позволяет ему в очках, например в сумерках или в лунную ночь, легко ориентироваться на местности благодаря ее телевизионному изображению, и обнаруживать замаскированных людей и теплокровных животных благодаря тепловизионному изображению.

Источники информации

1. Очки ночного видения "ОНВ-2⁺/1^х-200". Проспект ОАО "Русэлектроника-НВ".

2. Патент РФ № 2042164, G 02 B 23/04, 23/12, G 01 S 3/78, 1995.

1. Очки ночного видения, содержащие две ветви наблюдения, каждая из которых включает объектив, систему преобразования изображения, окуляр и зеркало, установленное под углом к оптической оси окуляра, между окуляром и его выходным зрачком, отличающиеся тем, что система преобразования изображения выполнена в виде матричного фотоприемного устройства с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра излучения, расположенного в фокальной плоскости объектива, монитора, расположенного в предметной плоскости окуляра, и блока управления, включающего блок зеркального преобразования изображения, вход которого соединен с первым выходом матричного фотоприемного устройства, а выход - со входом монитора, причем зеркало установлено под углом ϕ к оптической оси объектива, удовлетворяющим соотношению 55°≤ϕ≤75°.

2. Очки по п.1, отличающиеся тем, что монитор установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси окуляра.

3. Очки по п.1 или 2, отличающиеся тем, что в одну из ветвей наблюдения введено устройство записи и хранения изображения, вход которого соединен со вторым выходом матричного фотоприемного устройства.

4. Очки по п.1 или 2, отличающиеся тем, что в одну из ветвей наблюдения введен радиопередатчик, вход которого соединен с третьим выходом матричного фотоприемного устройства.

5. Очки по п.1 или 2, отличающиеся тем, что в каждой ветви наблюдения матричное фотоприемное устройство выполнено с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм, а объектив выполнен из материала, прозрачного для диапазона длин волн, соответственно, либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм.

6. Очки по п.1 или 2, отличающиеся тем, что матричное фотоприемное устройство выполнено в одной ветви наблюдения с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн 0,9...1,1 мкм, а в другой ветви - либо в диапазоне длин волн 3...5 мкм, либо 8...12 мкм, и объектив этой ветви наблюдения выполнен из материала, прозрачного для диапазона длин волн, соответственно, либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм.

7. Очки ночного видения, содержащие последовательно установленные объектив, систему преобразования изображения, бинокулярную систему и два зеркала, каждое из которых установлено под углом к оптической оси соответствующего окуляра бинокулярной системы между окуляром и его выходным зрачком, отличающиеся тем, что система преобразования изображения выполнена в виде матричного фотоприемного устройства с максимумом чувствительности в инфракрасной области спектра излучения, расположенного в фокальной плоскости объектива, двух мониторов, по одному расположенных в предметной плоскости окуляров бинокулярной системы, и блока управления, включающего блок зеркального преобразования изображения, вход которого соединен с первым выходом матричного фотоприемного устройства, а выход - с первыми входами двух мониторов, причем оба зеркала установлены под углом ϕ к оптической оси объектива, удовлетворяющим соотношению 55°≤ϕ≤75°.

8. Очки по п.7, отличающиеся тем, что матричное фотоприемное устройство выполнено с максимумом чувствительности в диапазоне длин волн либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм, а объектив выполнен из материала, прозрачного для диапазона длин волн, соответственно, либо 3...5 мкм, либо 8...12 мкм.

9. Очки по п.7 или 8, отличающиеся тем, что в них введено устройство записи и хранения изображения, вход которого соединен со вторым выходом матричного фотоприемного устройства.

10. Очки по п.7 или 8, отличающиеся тем, что в них введен радиопередатчик, вход которого соединен с третьем выходом матричного фотоприемного устройства.

11. Очки по п.10, отличающиеся тем, что в них введен приемник радиоволн, выход которого подключен ко второму входу одного из мониторов.