Инфракрасные системы «смотрящего» типа

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ И СИСТЕМ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Специфика оптических систем, работающих в составе приборов ночного видения (ПНВ), во многом объясняется особенностями эксплуатации этих приборов, а еще больше особенностями используемых в них электронно-оптических преобразователей (ЭОП). Здесь прежде всего следует отметить коротковолновый спектральный рабочий диапазон (ближний ИК-диапазон с X < 1,6... 1,8 мкм, а в подавляющем большинстве случаев до 0,9... 1,0 мкм). В ряде ПНВ наводка на резкость производится перемещени­ем одного из компонентов объектива, т. е. имеет место некритичность к стабильности заднего отрезка. Линейное поле многих объективов сравнительно невелико, что объяс­няется небольшими размерами фотокатодов большинства ЭОП. Электронно­оптические преобразователи первых поколений характеризуются заметным падением разрешающей способности на краю поля, что сказывается на требованиях к качеству изображения, создаваемому объективом на фотокатоде.

Многие природные образования, например растительность, наиболее контрастны в диапазоне 0,7...0,9 мкм. Поэтому часто объективы ПНВ, работающих в этой области спектра, ахроматизируют именно в этом диапазоне.

Если экран-анод ЭОП находится внутри его колбы, т. е. на небольшом удалении от наружного стекла, иногда трудно использовать традиционные способы диоптрийной наводки окуляра ПНВ при заданном большом удалении выходного зрачка. Еще одной особенностью оптических систем ПНВ является необходимость проецирования на фо­токатод ЭОП прицельных знаков, часто встречающаяся на практике.

Оптические системы для наблюдения экранов ЭОП, а также экранов систем отобра­жения информации (СОИ), как и рассмотренные оптические системы, работающие с ЭОП, могут быть монокулярными, биокулярными и бинокулярными. При монокуляр­ной схеме изображение рассматривается одним глазом. При биокулярной схеме строят­ся два совершенно одинаковых изображения, каждое из которых наблюдается правым и левым глазом без ощущения перспективы, т. е. без создания стереоскопического эффек­та. При бинокулярной схеме можно использовать один датчик изображения, но свою оптическую систему для каждого глаза; их совокупность делает возможным стереоско­пическое восприятие наблюдаемого пространства [138]. Наиболее просто стереоскопи­ческий эффект обеспечивается перекрытием угловых полей оптических каналов право­го и левого глаз и образованием зоны бинокулярного зрения, в которой возможно осу­ществить этот эффект.

В [19] описывается ряд оптических систем для ПНВ, разработанных на Ростовском оптико-механическом заводе (Ярославская обл.). В оптической схеме прибора на мо­дульном ЭОП типа «Бард» (рис. 6.11) используется объектив типа «Циклоп-М1», кото­рый состоит из силового компонента (линзы 1 ...3), перемещающегося при фокусировке,

И неподвижного компонента 9, ком­пенсирующего астигматизм и кри­визну поверхности изображения. Прицельные знаки 7 проецируются на фотокатод ЭОП 10 линзой 5 с помощью зеркал 4, 6 и источника подсветки 8. Объектив «Циклоп - М1» с относительным отверстием 1:1,2 при фокусном расстоянии око­ло 85 мм работает в спектральном диапазоне 0,546...0,900 мкм. Окуляр также состоит из двух компонентов: подвижного (линзы 14 и 15) и неподвижного (линзы 12 и 13). Неподвижный компонент установлен около экрана - анода 11 и компенсирует астигматизм и кривизну поверхности изобра­жения. Рабочий спектральный диапазон окуляра - 0,486...0,589 мкм; фокусное рас­стояние - около 25 мм; передний отрезок - 5,72 мм; диаметр выходного зрачка 16 равен 6 мм, а его удаление - 70 мм.

В оптической схеме ПНВ на однокамерном ЭОП (рис. 6.12) [19] зеркально-линзовая схема позволяет разместить в зоне центрального экранирования светодиод 1 для работы активным методом. Все линзы объектива выполнены из стекла К8. Положительный мениск

2 в сочетании с контррефлектором 3 и линзой Манжена 4 компенсирует хроматические аберрации чувствительности фотокатода 12 в спектральном диапазоне 0,546.. .0,900 мкм, а
линза 5 - астигматизм и кривизну поверхности изображения на фотокатоде ЭОП 6. Эффективное относительное отверстие объектива — 1:1,45 при фокусном расстоянии около 81 мм, линейное угловое поле — 14 мм. Кольцевые диафрагмы 13... 15 служат для защиты от рассеянного света. Бинокулярная лупа (линзы 7 и 8) имеет диоптрическую подвижку относительно экрана - анода 11. Ромбические призмы 9 и 10 раздваивают изображение - для правого и левого глаза наблюдателя. Фокусное расстояние лупы - около 25 мм, удаление зрачков глаз от призм - 15 мм, передний отрезок - 17,5 мм, диа­пазон изменения базы глаз для диаметра зрачка глаза 4 мм составляет 54...76 мм. Дли­на всего ПНВ немногим более 170 мм.

Зеркально-линзовый объектив ПНВ с переменным увеличением на бипланарном ЭОП (рис. 6.13) [19] состоит из пяти линз (2...7). Промежуточное перевернутое изо­бражение формируется линзами 3,

4 и 6 перед линзой Манжена 2. 1 А /5

Линзы 2 и 4, центральная часть линзы 6 без зеркального покрытия и линза 7 формируют прямое изо­бражение на катоде ЭОП 8, ком­пенсируя аберрации перевернутого изображения. Рабочий спектраль­ный диапазон объектива - 0,546...0,900 мкм, фокусное рас­стояние - 62,85 мм, эффективное относительное отверстие - 1:1,55, линейное поле - 14 мм. Бленды 1 и 5 служат для защиты от рассеянного света Окуляр имеет две подвижные линзы 9 и 10, его фокусное расстояние может изменяться от 12 до 22 мм, линейное поле составляет от 7,6 до 12,5 мм, диаметр выходного зрачка - 6 мм, а его удаление - 15 мм. Продольный размер прибора 75...80 мм, и увеличение от 2,85 до 5,25 крат.

Нужно отметить, что в по­следнее время особое внимание уделяется увеличению углового поля ПНВ, особенно в очках ноч­ного видения (ОНВ), используе­мых в системах ночного пилоти­рования вертолетов, при вожде­нии автомобилей и судов и ряде других случаев. При этом очень важно, чтобы угловое поле ОНВ приближалось к угловому полю невооруженных глаз для комфортности работы и сохранения естественной координа­ции движений. Так, американская компания «ITT Industries» разработала и выпустила на рынок панорамные ОНВ (PNVG — Panoramic Night Vision Goggles) с угловым полем

Изображений. В нашлемных ИКС (см. гл. 11 и 14) часто используются светоделитель­ные (полупрозрачные) комбайнеры, работающие «на просвет» для видимого излучения, поступающего от наблюдаемой сцены, и на отражение для излучения, поступающего с экрана системы отображения ИКС. Существуют также дихроичные комбайнеры, отра­жающие и пропускающие излучение в различных спектральных диапазонах, а также получившие в последние годы распространение голографические комбайнеры, пред­ставляющие собой дифракционные решетки, работающие в узких спектральных диапа­зонах. Изображение с выхода СОИ может проецироваться на комбайнер специальной оптической системой, а также создаваться на голографическом покрытии, нанесенном на поверхность комбайнера, обращенную к наблюдателю; в последнем случае важно обеспечить защиту этого покрытия от вредных внешних воздействий, а также свести к минимуму влияние вибраций на изображение. Некоторые особенности оптических сис­тем комбайнеров всех трех типов рассмотрены в [138, 201].