RU234040U1

RU234040U1 - Night vision device for all-weather operation

Info

Publication number: RU234040U1
Application number: RU2025104619U
Authority: RU
Inventors: Виктор Генрихович Волков; Павел Дмитриевич Гиндин; Владимир Владимирович Карпов; Сергей Алексеевич Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество "Московский завод "САПФИР"
Filing date: 2025-02-28
Publication date: 2025-05-16

Abstract

Полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности к ночным биноклям. Задачей полезной модели является обеспечение всепогодной работы. Обеспечение всепогодной работы достигается за счет дополнительного ввода тепловизионных каналов, один из которых работает в области спектра 3-5 мкм, а другой - в области спектра 8-12 мкм. 1 ил.

The utility model relates to the technology of optical-electronic observation devices, in particular to night binoculars. The task of the utility model is to ensure all-weather operation. Ensuring all-weather operation is achieved by additionally introducing thermal imaging channels, one of which operates in the spectrum region of 3-5 μm, and the other in the spectrum region of 8-12 μm. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности к ночным биноклям.The utility model relates to the technology of optical-electronic observation devices, in particular to night binoculars.

Известен принятый за аналог бинокулярный ночной бинокль ПН-9К фирмы ПО НПЗ-Швабе «Оборона и защита» (см. Гейхман И.Л. Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 840 с., с. 70, фото 2.3.4а. Бинокулярный ночной бинокль ПН-9К). Бинокль состоит из двух идентичных оптико-электронных каналов, каждый из которых состоит из последовательно установленных на оптической оси линзового объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и окуляра. Недостатками бинокля являются низкое качество изображения, обусловленное применением линзовых объективов, невозможность работы ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (т.е. всепогодной работы).The PN-9K binocular night binoculars from PO NPZ-Shvabe "Defense and Protection" are known as an analogue (see I.L. Geykhman, V.G. Volkov. Vision and Security. Moscow: Novosti, 2009, 840 p., p. 70, photo 2.3.4a. PN-9K binocular night binoculars). The binoculars consist of two identical optical-electronic channels, each of which consists of a lens objective, an electron-optical converter (EOC) and an eyepiece sequentially installed on the optical axis. The disadvantages of the binoculars are low image quality due to the use of lens objectives, the impossibility of working at night both in normal and in low atmospheric transparency (i.e. all-weather work).

Известен принятый за прототип бинокулярный ночной бинокль АН-1 фирмы ПО НПЗ-Швабе «Оборона и защита» (см. Гейхман И.Л. Волков В.Г. Видение и безопасность. М: Новости, 2009, 840 с, с. 70, фото 2.3.46. Бинокулярный ночной бинокль АН-1). Бинокль состоит из двух идентичных оптико-электронных каналов, каждый из которых состоит из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива, ЭОП и окуляра. При этом зеркально-линзовый объектив состоит из последовательно установленных на оптической оси линзы-зеркала, на вторую по ходу луча оптическую поверхность которой нанесено кольцевое концентрическое отражающее покрытие, зеркала Манжена, линзового компенсатора полевых аберраций, оптически сопряженного с фотокатодом ЭОП. При этом зеркало Манжена оптически сопряжено с линзовым компенсатором полевых аберраций через кольцевую концентрическую зеркально отражающую поверхность. Благодаря применению зеркально-линзовых объективов качество изображение в устройстве-прототипе выше, чем в устройстве-аналоге. Однако по-прежнему сохраняется невозможность работы ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (т.е. всепогодной работы).The binocular night binocular AN-1 of the PO NPZ-Shvabe "Defense and Protection" company, adopted as a prototype, is known (see Geykhman I.L. Volkov V.G. Vision and Security. M: Novosti, 2009, 840 p., p. 70, photo 2.3.46. Binocular night binocular AN-1). The binoculars consist of two identical optical-electronic channels, each of which consists of a mirror-lens objective, an image intensifier tube, and an eyepiece sequentially installed on the optical axis. In this case, the mirror-lens objective consists of a lens-mirror sequentially installed on the optical axis, on the second optical surface of which, along the beam path, a ring-shaped concentric reflective coating is applied, a Mangin mirror, a lens compensator of field aberrations, optically conjugated with the photocathode of the image intensifier tube. In this case, the Manzhen mirror is optically coupled with a lens compensator of field aberrations through a ring concentric mirror-reflecting surface. Due to the use of mirror-lens objectives, the image quality in the prototype device is higher than in the analog device. However, it is still impossible to work at night, both in normal and in low atmospheric transparency (i.e., all-weather operation).

Задачей полезной модели является обеспечение всепогодной работы.The purpose of the utility model is to ensure all-weather operation.

Указанная задача решается тем, прибор ночного видения, состоящий из двух идентичных правого и левого оптико-электронных каналов, каждый из которых состоит из установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива, электронно-оптического преобразователя и окуляра, причем зеркально-линзовый объектив состоит из установленных на оптической оси линзы-зеркала, на вторую по ходу луча плоскую оптическую поверхность которой нанесено концентрическое кольцевое зеркально отражающее покрытие, зеркала Манжена, линзового компенсатора полевых аберраций, оптически сопряженного с фотокатодом электронно-оптического преобразователя, при этом зеркало Манжена оптически сопряжено с линзовым компенсатором полевых аберраций через концентрическую кольцевую зеркально отражающую поверхность, отличающийся тем, что в правом оптико-электронном канале правой линзы зеркала правого зеркально-линзового объектива выполнено правое концентрическое отверстие, в который дополнительно введен правый тепловизионный канал, содержащий правый инфракрасный объектив, правый тепловизионный модуль, состоящий из правой матрицы фотодетекторов и правого электронного блока, при этом правый инфракрасный объектив сфокусирован на правую матрицу фотодетекторов, а правый электронный блок подключен через правый выключатель к правому телевизионному монитору, между экраном правого электронно-оптического преобразователя и правым окуляром дополнительно установлена правая куб-призма, диагональная грань которой оптически сопрягает экран телевизионного монитора с правым окуляром, в левом оптико-электронном канале в левой линзе-зеркале левого зеркально-линзового объектива выполнено левое концентрическое отверстие, в которое дополнительно введен левый тепловизонный канал, содержащий левый инфракрасный объектив, левый тепловизионный модуль, содержащий последовательно соединенные левую матрицу фотодетекторов и левый электронный блок, причем левый инфракрасный объектив сфокусирован на левую матрицу фотодетекторов, выход левого электронного блока подключен через дополнительно включенный левый выключатель к дополнительно введенному левому телевизионному монитору, между экраном левого электронно-оптического преобразователя и левым окуляром дополнительно установлена левая куб-призма, диагональная грань которой оптически сопрягает экран левого телевизионного монитора с левым окуляром.Said problem is solved by a night vision device consisting of two identical right and left optoelectronic channels, each of which consists of a catadioptric lens, an electron-optical converter and an eyepiece mounted on the optical axis, wherein the catadioptric lens consists of a lens-mirror mounted on the optical axis, on the second flat optical surface of which a concentric annular mirror-reflective coating is applied, a Mangin mirror, a lens compensator of field aberrations optically coupled with the photocathode of the electron-optical converter, wherein the Mangin mirror is optically coupled with the lens compensator of field aberrations through a concentric annular mirror-reflective surface, characterized in that in the right optoelectronic channel of the right lens of the mirror of the right catadioptric lens, a right concentric opening is made, into which a right thermal imaging channel is additionally introduced, containing a right infrared lens, a right a thermal imaging module consisting of a right photodetector array and a right electronic unit, wherein the right infrared lens is focused on the right photodetector array, and the right electronic unit is connected via the right switch to the right television monitor, between the screen of the right electron-optical converter and the right eyepiece a right cube-prism is additionally installed, the diagonal face of which optically conjugates the television monitor screen with the right eyepiece, in the left optical-electronic channel in the left lens-mirror of the left mirror-lens objective a left concentric opening is made, into which a left thermal imaging channel is additionally introduced, containing a left infrared lens, a left thermal imaging module containing a left photodetector array and a left electronic unit connected in series, wherein the left infrared lens is focused on the left photodetector array, the output of the left electronic unit is connected via the additionally included left switch to the additionally introduced left television monitor, between the screen The left electron-optical converter and the left eyepiece are additionally equipped with a left cube-prism, the diagonal edge of which optically matches the screen of the left television monitor with the left eyepiece.

Обеспечение всепогодной работы достигается за счет дополнительного ввода тепловизионных каналов, один из которых работает в области спектра 3-5 мкм, а другой - в области спектра 8-12 мкм.All-weather operation is ensured by additional input of thermal imaging channels, one of which operates in the 3-5 µm spectrum range, and the other in the 8-12 µm spectrum range.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. Прибор ночного видения (ПНВ) состоит из двух идентичных правого 1 и левого 2 оптико-электронных каналов. Каждый из них содержит установленные на оптической оси правый 3 и соответственно левый 4 зеркально-линзовый объектив. Он содержит правую линзу зеркало 5 и соответственно левую линзу-зеркало 6, на вторую по ходу луча плоскую оптическую поверхность которых нанесено правое 7 и соответственно левое 8 концентрическое кольцевое зеркально отражающее покрытие, правое 9 и соответственное левое 10 зеркало Манжена, правый 11 и соответственно левый 12 компенсатор полевых аберраций, оптически сопряженный с фотокатодом правого 13 и соответственно левого 14 электронно-оптического преобразователя (ЭОП). При этом правое 9 и соответственно левое 10 зеркала Манжена оптически сопряжены через правое 7 и соответственно левое 8 концентрическое кольцевое зеркально отражающее покрытие с правым 11 и соответственно с левым 12 линзовым компенсатором полевых аберраций. На выходе правого ЭОП 13 и на выходе левого ЭОП 14 установлены соответственно правая куб-призма 15 и левая куб-призма 16. На выходе правой куб-призмы 15 установлен правый окуляр 17, а на выходе левой куб-призмы 16 установлен левый окуляр 18. Правый 17 и соответственно левый 18 окуляры сфокусированы на экран правого 13 и соответственно левого ЭОП 14. ПНВ содержит правый 19 и левый 20 тепловизионные (ТВП) каналы. Правый ТВП канал 19 содержит правый инфракрасный (ИК) объектив 21 оптически сопряженный с правым тепловизионным (ТВП) модулем 22. Он содержит последовательно соединенные правую матрицу фотодетекторов 23 и правый электронный блок 24. Его выход через правый переключатель 25 подключен к правому ТВ монитору 26. При этом ИК объектив 21 сфокусирован на правую матрицу фотодетекторов 23. В центральной нерабочей части правой линзы-зеркала 5 выполнено правое концентрическое отверстие 27, в котором установлен правый ИК объектив 21. Левый ТВП канал 20 содержит левый ИК объектив 34, оптически сопряженный с левым тепловизионным (ТВП) модулем 28. Он содержит последовательно соединенные левую матрицу фото детекторов 29 и левый электронный блок 30. Его выход через левый переключатель 31 подключен к левому ТВ монитору 32. При этом левый ИК объектив 34 сфокусирован на левую матрицу фото детекторов 29. В центральной нерабочей части левой линзы-зеркала 6 выполнено левое концентрическое отверстие 33, в котором и установлен левый ИК объектив 34. Через гипотенузную грань правой куб-призмы 15 экран правого ТВ монитора 26 оптически сопряжен с правым окуляром 17. Через гипотенузную грань левой куб-призмы 16 экран левого ТВ монитора 32 оптически сопряжен с левым окуляром 18.The block diagram of the proposed device is shown in Fig. 1. The night vision device (NVD) consists of two identical right 1 and left 2 optical-electronic channels. Each of them contains a right 3 and, respectively, left 4 mirror-lens objective mounted on the optical axis. It contains a right lens mirror 5 and, respectively, a left lens-mirror 6, on the second flat optical surface along the beam path of which a right 7 and, respectively, left 8 concentric annular mirror-reflective coating is applied, a right 9 and, respectively, left 10 Mangin mirror, a right 11 and, respectively, left 12 field aberration compensator, optically coupled with the photocathode of the right 13 and, respectively, left 14 electron-optical converter (EOC). In this case, the right 9 and, respectively, the left 10 Mangin mirrors are optically coupled through the right 7 and, respectively, the left 8 concentric annular mirror-reflective coating with the right 11 and, respectively, the left 12 lens compensator of field aberrations. At the output of the right IOP 13 and at the output of the left IOP 14, the right cube-prism 15 and the left cube-prism 16 are installed, respectively. At the output of the right cube-prism 15, the right eyepiece 17 is installed, and at the output of the left cube-prism 16, the left eyepiece 18 is installed. The right 17 and, respectively, the left 18 eyepieces are focused on the screen of the right 13 and, respectively, the left IOP 14. The night vision device contains the right 19 and left 20 thermal imaging (TI) channels. The right TVP channel 19 contains the right infrared (IR) lens 21 optically coupled with the right thermal imaging (TIM) module 22. It contains the right matrix of photodetectors 23 and the right electronic unit 24 connected in series. Its output is connected through the right switch 25 to the right TV monitor 26. In this case, the IR lens 21 is focused on the right matrix of photodetectors 23. In the central non-working part of the right lens-mirror 5, a right concentric hole 27 is made, in which the right IR lens 21 is installed. The left TVP channel 20 contains the left IR lens 34, optically coupled with the left thermal imaging (TIM) module 28. It contains the left matrix of photodetectors 29 and the left electronic unit 30 connected in series. Its output is connected through the left switch 31 to the left TV monitor 32. In this case, the left IR lens 34 is focused on the left matrix of photo detectors 29. In the central non-working part of the left lens-mirror 6, a left concentric hole 33 is made, in which the left IR lens 34 is installed. Through the hypotenuse face of the right cube-prism 15, the screen of the right TV monitor 26 is optically conjugated with the right eyepiece 17. Through the hypotenuse face of the left cube-prism 16, the screen of the left TV monitor 32 is optically conjugated with the left eyepiece 18.

Фотокатоды ЭОП 13, 14 работают в области спектра 0,4 - 0,9 мкм, а их экраны - в области спектра 0,53 - 0,56 мкм. Экраны ТВ мониторов 26, 32 работают в области спектра 0,38 - 0,78 мкм. Гипотенузные грани куб-призм 15, 16 пропускает в области спектра 0,53 -0,56 мкм и отражает в области спектра 0,38 - 0,78 мкм. Правая матрица фотодетекторов 23 работает в области спектра 3-5 мкм, а левая матрица фотодетекторов 29 работает в области спектра 8-12 мкм.The photocathodes of the image intensifier tubes 13, 14 operate in the spectral region of 0.4 - 0.9 μm, and their screens - in the spectral region of 0.53 - 0.56 μm. The screens of the TV monitors 26, 32 operate in the spectral region of 0.38 - 0.78 μm. The hypotenuse faces of the cube-prisms 15, 16 transmit in the spectral region of 0.53 -0.56 μm and reflect in the spectral region of 0.38 - 0.78 μm. The right matrix of photodetectors 23 operates in the spectral region of 3-5 μm, and the left matrix of photodetectors 29 operates in the spectral region of 8-12 μm.

Устройство работает следующим образом. При функционировании ночью в условиях нормальной прозрачности атмосферы излучение звезд и Луны, отраженное от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в правый 1 и левый 2 оптико-электронные каналы. В правом канале 1 его зеркально-линзовый объектив 3 создает изображение объекта и фона на фотокатоде правого ЭОП 13. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана правого ЭОП 13 передается через правую куб-призму 15 в правый окуляр 17. Через него оператор наблюдает изображение с экрана правого ЭОП 13 своим правым глазом. Аналогичным образом в левом канале 2 его левый зеркально-линзовый объектив 4 создает изображение объекта и фона на фотокатоде левого ЭОП 14. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана левого ЭОП 14 передается через левую куб-призму 16 в левый окуляр 18. Через него оператор наблюдает изображение с экрана левого ЭОП 14 своим левым глазом. При этом правый 25 и левый 31 выключатели разомкнуты.The device operates as follows. When operating at night in conditions of normal atmospheric transparency, radiation from stars and the Moon, reflected from the observed object and the background surrounding it, enters the right 1 and left 2 optical-electronic channels. In the right channel 1, its mirror-lens objective 3 creates an image of the object and the background on the photocathode of the right EOP 13. It converts the image into visible light and amplifies its brightness. The image from the screen of the right EOP 13 is transmitted through the right cube-prism 15 to the right eyepiece 17. Through it, the operator observes the image from the screen of the right EOP 13 with his right eye. Similarly, in the left channel 2, its left mirror-lens objective 4 creates an image of the object and the background on the photocathode of the left EOP 14. It converts the image into visible light and amplifies its brightness. The image from the screen of the left EOP 14 is transmitted through the left cube-prism 16 to the left eyepiece 18. Through it, the operator observes the image from the screen of the left EOP 14 with his left eye. In this case, the right 25 and left 31 switches are open.

При наблюдении ночью в условиях пониженной прозрачности атмосферы правый 13 и левый 14 ЭОП отключены. Выключатели 25, 31 замкнуты. Собственное тепловое излучение объекта и фона передается в правый оптико-электронный канал 1 и приходит в правый ИК объектив 21. Он создает тепловое изображение объекта и фона на правой матрице фотодетекторов 23 ТВП модуля 22. Матрица преобразует тепловое изображение в видеосигнал. Он поступает в правый электронный блок 24. Здесь происходят усиление видеосигнала и его цифровая обработка в реальном масштабе времени. Видеосигнал с выхода правого электронного блока 24 и замкнутый правый выключатель 25 передается в правый ТВ монитор 26. С его экрана изображение через гипотенузную грань правой куб-призмы 15 передается в правый окуляр 17. Собственное тепловое излучение объекта и фона передается также в левый оптико-электронный канал 2 и приходит в левый ИК объектив 34. Он создает тепловое изображение объекта и фона на левой матрице фотодетекторов 29 левого ТВП модуля 28. Матрица преобразует тепловое изображение в видеосигнал. Он поступает в левый электронный блок 30. Здесь происходят усиление видеосигнала и его цифровая обработка в реальном масштабе времени. Видеосигнал с выхода левого электронного блока 30 и замкнутый левый выключатель 31 передается в левый ТВ монитор 32. С его экрана изображение через гипотенузную грань левой куб-призмы 16 передается в левый окуляр 18. Изображения объекта и фона на экране правого 26 и левого ТВ монитора 32 складываются в мозгу оператора, и он наблюдает суммарное изображение объекта и фона.When observing at night in conditions of reduced atmospheric transparency, the right 13 and left 14 image intensifiers are switched off. Switches 25, 31 are closed. The object's own thermal radiation and the background are transmitted to the right optical-electronic channel 1 and come to the right IR lens 21. It creates a thermal image of the object and the background on the right matrix of photodetectors 23 of the TVP module 22. The matrix converts the thermal image into a video signal. It comes to the right electronic unit 24. Here, the video signal is amplified and digitally processed in real time. The video signal from the output of the right electronic unit 24 and the closed right switch 25 is transmitted to the right TV monitor 26. From its screen, the image is transmitted through the hypotenuse face of the right cube-prism 15 to the right eyepiece 17. The proper thermal radiation of the object and the background is also transmitted to the left optical-electronic channel 2 and comes to the left IR lens 34. It creates a thermal image of the object and the background on the left matrix of photodetectors 29 of the left TVP module 28. The matrix converts the thermal image into a video signal. It comes to the left electronic unit 30. Here, the video signal is amplified and digitally processed in real time. The video signal from the output of the left electronic unit 30 and the closed left switch 31 is transmitted to the left TV monitor 32. From its screen, the image is transmitted through the hypotenuse face of the left cube-prism 16 to the left eyepiece 18. The images of the object and the background on the screen of the right 26 and left TV monitor 32 are combined in the operator's brain, and he observes the total image of the object and the background.

В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.At present, the basic diagram of the device has been developed and its prototyping has been completed.

Благодаря тому, что правая матрица фотодетекторов 23 работает в области спектра 3-5 мкм, а левая матрица фото детекторов 29 работает в области спектра 8-12 мкм, то расширяются возможности наблюдения по сравнению с работой в какой-то одной области спектра и тем самым повышается эффективность работы ПНВ при пониженной прозрачности атмосферы.Due to the fact that the right matrix of photodetectors 23 operates in the spectral region of 3-5 µm, and the left matrix of photodetectors 29 operates in the spectral region of 8-12 µm, the observation capabilities are expanded in comparison with operation in any one spectral region and thereby the efficiency of the NVD operation is increased at reduced atmospheric transparency.

Claims

A night vision device consisting of right and left optoelectronic channels, each of which consists of a catadioptric lens, an electron-optical converter and an eyepiece mounted on the optical axis, wherein the catadioptric lens consists of a lens-mirror mounted on the optical axis, on the second flat optical surface of which a concentric annular mirror-reflective coating is applied, a Mangin mirror, a lens compensator for field aberrations optically coupled with the photocathode of the electron-optical converter, wherein the Mangin mirror is optically coupled with the lens compensator for field aberrations through a concentric annular mirror-reflective surface, characterized in that in the right optoelectronic channel of the right lens of the mirror of the right catadioptric lens, a right concentric opening is made, into which a right thermal imaging channel is additionally introduced, containing a right infrared lens, a right thermal imaging module consisting of a right matrix photodetectors, designed to operate in the 3-5 μm spectrum region, and a right electronic unit, wherein the right infrared lens is focused on the right photodetector array, and the right electronic unit is connected via the right switch to the right television monitor, a right cube-prism is additionally installed between the screen of the right electron-optical converter and the right eyepiece, the diagonal face of which optically conjugates the television monitor screen with the right eyepiece, in the left optical-electronic channel in the left lens-mirror of the left mirror-lens objective a left concentric opening is made, into which a left thermal imaging channel is additionally introduced, containing a left infrared lens, a left thermal imaging module, containing a left photodetector array connected in series, designed to operate in the 8-12 μm spectrum region, and a left electronic unit, wherein the left infrared lens is focused on the left photodetector array, the output of the left electronic unit is connected through the additionally included left switch to the additionally introduced left television monitor, between the screen of the left electron-optical converter and the left eyepiece, a left cube-prism is additionally installed, the diagonal edge of which optically matches the screen of the left television monitor with the left eyepiece.