RU2078349C1 - Opticoelectron device to visualize image - Google Patents
Opticoelectron device to visualize image Download PDFInfo
- Publication number
- RU2078349C1 RU2078349C1 SU5028940A RU2078349C1 RU 2078349 C1 RU2078349 C1 RU 2078349C1 SU 5028940 A SU5028940 A SU 5028940A RU 2078349 C1 RU2078349 C1 RU 2078349C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- electron
- optical
- image
- mirror
- Prior art date
Links
Landscapes
- Telescopes (AREA)
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике оптико-электронных устройств, предназначенных для наблюдения при пониженном уровне освещенности, в частности для подземной подачи полезных ископаемых, для диспетчерского контроля положения на путях железнодорожных составов и пр. The invention relates to the technique of optoelectronic devices intended for monitoring at a low level of illumination, in particular for underground supply of minerals, for supervisory control of the situation on the tracks of trains, etc.
Известно устройство [1] состоящее из последовательно установленных на оптической оси линзового объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и окуляра. Устройство работает при пониженном уровне освещенности. Однако из-за сравнительно низкого качества изображения, характерного для линзового объектива, оно имеет небольшую дальность обнаружения и распознавания объектов. Кроме того, устройство неработоспособно при пониженной прозрачности среды, в которой ведется наблюдение (дымка, туман, пыль, дым и пр.), а также в полной темноте. A device [1] is known consisting of sequentially mounted on the optical axis of the lens of the lens, an electron-optical converter (EOC) and an eyepiece. The device works in low light conditions. However, due to the relatively poor image quality characteristic of the lens, it has a small detection range and object recognition. In addition, the device is inoperative with reduced transparency of the environment in which the observation is conducted (haze, fog, dust, smoke, etc.), as well as in complete darkness.
Наиболее близким к изобретению является [2] состоящее из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива, ЭОП и окуляра. Зеркально-линзовый объектив состоит из последовательно установленных по ходу луча входного окна, вогнутого зеркала, выпуклого контроотражателя и двухлинзового комперсатора полевых аберраций. За счет использования зеркально-линзового объектива с более высоким качеством изображения, чем у линзового объектива, данное устройство имеет большую дальность обнаружения и распознавания объекта по сравнению с устройством-прототипом. Однако оно по-прежнему неработоспособно при полной темноте и при пониженной прозрачности среды наблюдения, т.е. рабочий диапазон внешних рабочих условий и для этого устройства ограничен. Closest to the invention is [2] consisting of sequentially mounted on the optical axis of the mirror-lens objective, image intensifier tube and eyepiece. The mirror-lens lens consists of a sequentially installed along the beam input window, a concave mirror, a convex counter-reflector and a two-lens field aberration compensator. Due to the use of a mirror-lens lens with a higher image quality than the lens, this device has a greater detection range and object recognition compared to the prototype device. However, it is still inoperative in complete darkness and with a reduced transparency of the observation medium, i.e. the operating range of the external operating conditions is also limited for this device.
Цель изобретения обеспечение работоспособности в расширенном диапазоне рабочих внешних условий. The purpose of the invention is to ensure operability in an extended range of operating environmental conditions.
Указанная цель достигается тем, что в оптико-электронный прибор визуализации изображения, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси зеркально-линзовый объектив, электронно-оптический преобразователь и окуляр, причем зеркально-линзовый объектив выполнен в виде последовательно установленных по ходу луча входного окна, выполненного в виде плоскопараллельной пластинки, главного зеркала, обращенного вогнутостью к пространству предметов, контротражателя, нанесенного на подложку, и двухлинзового компенсатора полевых аберраций, введены тепловизионный электронно-оптический преобразователь, объектив переноса и положительная линза, установленная перед контротражателем, нанесенным на подложке, выполненной в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, и на вторую по ходу луча поверхность которого нанесено дихроичное покрытие, причем положительная линза и контротражатель, нанесенный на подложке, образуют линзовый объектив, установленный в концентрическом отверстии, выполненном в центральной части входного окна, фотокатод тепловизионного электронно-оптического преобразователя размещен в фокусе линзового объектива, а его экран оптически сопряжен через объектив переноса и двухлинзовый компенсатор полевых аберраций с фотокатодом электронно-оптического преобразователя. This goal is achieved by the fact that in an optical-electronic device for image visualization, containing a mirror-lens lens, an electron-optical converter and an eyepiece sequentially mounted on the same optical axis, the mirror-lens is made in the form of an input window sequentially installed along the beam, made in the form of a plane-parallel plate, a main mirror facing concavity to the space of objects, a counter-protector, deposited on a substrate, and a two-lens field compensator of aberrations, a thermal imaging electron-optical converter, a transfer lens, and a positive lens mounted in front of a counter-protector applied to a substrate made in the form of a positive meniscus convex to the image space and a dichroic coating on the second surface of the beam, the positive the lens and the counter-protector, deposited on the substrate, form a lens objective mounted in a concentric hole made in the central part of the input window a, the photocathode of the thermal imaging electron-optical converter is located at the focus of the lens, and its screen is optically coupled through the transfer lens and the two-lens field aberration compensator to the photocathode of the electron-optical converter.
Для обеспечения видимости в рассеивающих средах, при пониженной прозрачности атмосферы и в полной темноте в принципе могут быть использованы тепловизионные приборы [2] Например, наблюдательный прибор фирмы SAT (Франция) модель IR60, удерживаемый в руках. Но такой прибор может обеспечивать видимость только нагретых объектов, а сравнительно холодный фон (например, местность) виден очень плохо. Кроме того, приборы подобного типа содержат достаточно сложную сканирующую систему, электронную схему и блок охлаждения фотоприемника. Вследствие этого велика также и стоимость тепловизионных приборов. To ensure visibility in scattering media, with reduced transparency of the atmosphere and in total darkness, in principle, thermal imaging devices can be used [2] For example, an observational device manufactured by SAT (France) model IR60, held in hands. But such a device can provide the visibility of only heated objects, and a relatively cold background (for example, terrain) is very poorly visible. In addition, devices of this type contain a rather complex scanning system, an electronic circuit, and a photodetector cooling unit. As a result of this, the cost of thermal imaging devices is also high.
Известны также активно-импульсные приборы [2, с. 116-117, рис. 56] которые позволяют работать в указанных выше условиях, но они также сложны и энергоемки, хотя и значительно проще, чем тепловизионные приборы. Кроме того, они позволяют видеть объект наблюдения, но подавляют изображение фона, что также является недостатком. Active pulse devices are also known [2, p. 116-117, fig. 56] which allow you to work in the above conditions, but they are also complex and energy-intensive, although much simpler than thermal imaging devices. In addition, they allow you to see the object of observation, but suppress the image of the background, which is also a drawback.
Известны комбинированные приборы, состоящие из тепловизионного канала, содержащего последовательно установленные на оптической оси объектив, сканирующую систему и многоэлементное фотоприемное устройство, подключенное через электронный блок управления к индикатору, а также из оптико-электронного канала, включающего последовательно установленный объектив, ЭОП и окуляр. Оптические оси обоих каналов взаимно параллельны. Оптическое сопряжение изображений, формируемых отдельными каналами, может обеспечиваться в окулярной части устройства с помощью куб-призмы (заявка Великобритании N 2143397 с приоритетом от 30.06.83, кл. H 04 N 5/44, НКИ H4F, G 2 Y), плоского зеркала с двумя отражающими поверхностями (патент США N 4629295 с приоритетом от 06.06.84, кл. G 02 B 23/04, 23/05, 23/12, НКИ 350-503). Возможно оптическое сопряжение объективов каналов с помощью установленного перед ними блока плоских зеркал (патент ФРГ N 1405972 с приоритетом от 03.07.72, кл. G 02 B 23/12, НКИ H4F) или одного плоского зеркала с дихроичным покрытием (заявка Франции N 2554247 с приоритетом от 23.10.84, кл. G 02 B 23/14, 23/12, 27/32, F 41 G 1/32, 3/00, кл. X 01 J 31/50). Combined devices are known, consisting of a thermal imaging channel, comprising a lens sequentially mounted on the optical axis, a scanning system and a multi-element photodetector connected via an electronic control unit to the indicator, as well as an optical-electronic channel, including a series-mounted lens, image intensifier tube and eyepiece. The optical axes of both channels are mutually parallel. Optical conjugation of images formed by individual channels can be provided in the ocular part of the device using a cube prism (UK application N 2143397 with priority from 06/30/83, class H 04 N 5/44, NKI H4F, G 2 Y), a flat mirror with two reflective surfaces (US patent N 4629295 with priority from 06.06.84, CL G 02 B 23/04, 23/05, 23/12, NKI 350-503). Optical pairing of channel lenses is possible using a block of flat mirrors installed in front of them (German patent N 1405972 with priority of 07/03/72, class G 02 B 23/12, NKI H4F) or one flat mirror with a dichroic coating (French application N 2554247 with priority from 10.23.84, CL G 02 B 23/14, 23/12, 27/32, F 41 G 1/32, 3/00, CL X 01 J 31/50).
Во всех этих устройствах происходит совмещение разнородных по структуре изображений растрового изображения тепловизионного канала, имеющего неоднородную, дискретную структуру, обусловленную конечными размерами чувствительного элемента фотоприемного устройства и оптико-электронного канала на ЭОП, изображение в котором не имеет такой структуры. Совмещение столь разнородных изображений снижает качестве общего изображения, его информативность и в конечном счете ограничивает возможности таких устройств в особенности в широком диапазоне внешних условий, при неблагоприятных условиях видимости. Кроме того, устройства, содержащие классический тепловизионный канал, обладают и всеми недостатками приборов такого типа (см. выше). In all these devices, the raster image of the thermal imaging channel, which is heterogeneous in structure, has a combination of a heterogeneous, discrete structure, due to the finite size of the sensitive element of the photodetector and the optical-electronic channel on the image intensifier tube, the image of which does not have such a structure. The combination of such heterogeneous images reduces the quality of the overall image, its information content and ultimately limits the capabilities of such devices, especially in a wide range of external conditions, under adverse conditions of visibility. In addition, devices containing a classic thermal imaging channel have all the disadvantages of devices of this type (see above).
Таким образом, современный уровень развития техники не дает оптимального решения поставленной задачи. Thus, the current level of technological development does not provide an optimal solution to the task.
На чертеже представлена блок-схема предложенного оптико-электронного прибора визуализации изображения, где 1 зеркально-линзовый объектив; 2 - электронно-оптический преобразователь; 3 окуляр; 4 входное окно зеркально-линзового объектива; 5 вогнутое зеркало зеркально-линзового объектива; 6 контротражатель на подложке зеркально-линзового объектива; 7 - двухлинзовый компенсатор полевых аберраций зеркально-линзового объектива; 8 - тепловизионный электронно-оптический преобразователь; 9 объектив переноса; 10 линзовый объектив; 11 положительная линза линзового объектива. The drawing shows a block diagram of the proposed optical-electronic device for image visualization, where 1 mirror-lens; 2 - electron-optical converter; 3 eyepiece; 4 input window of a mirror lens; 5 concave mirror of a mirror lens; 6 counter-protector on the substrate of the mirror lens; 7 - two-lens compensator for field aberrations of a mirror lens; 8 - thermal imaging electron-optical converter; 9 lens transfer; 10 lens lens; 11 positive lens of the lens.
Оптико-электронный прибор визуализации изображения состоит из последовательно установленных на одной оптической оси зеркально-линзового объектива 1, электронно-оптического преобразователя 2 и окуляра 3. Причем зеркально-линзовый объектив 1 выполнен в виде последовательно установленных по ходу луча входного окна 4, представляющего собой плоскопараллельную пластину, вогнутого зеркала 5, контротражателя 6, нанесенного на подложку, и двухлинзового компенсатора полевых аберраций 7. Кроме того, на оптической оси зеркально-линзового объектива 1 установлен тепловизионный электронно-оптический преобразователь 8, экран которого через объектив переноса 9 и двухлинзовый компенсатор полевых аберраций 7 оптически сопряжен с фотокатодом электронно-оптического преобразователя 2, а на фотокатод преобразователя 8 сфокусирован линзовый объектив 10, расположенный в концентрическом отверстии в центральной нерабочей части входного окна 4 и выполненный в виде последовательно установленных по ходу луча положительной линзы 11 и подложки с контротражателем 6, представляющей собой положительный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости изображения, на вторую по ходу луча поверхность которого, являющуюся контротражателем зеркально-линзового объектива 1, нанесено дихроичное покрытие. The optical-electronic image visualization device consists of a mirror-lens lens 1, an electron-optical transducer 2 and an eyepiece 3 mounted in series on the same optical axis. Moreover, the mirror-lens lens 1 is made in the form of an input window 4 sequentially installed along the beam, which is plane-parallel a plate, a concave mirror 5, a counter-deflector 6, deposited on a substrate, and a two-lens compensator for field aberrations 7. In addition, on the optical axis of the mirror-lens 1, a thermal imaging electron-optical converter 8 is installed, the screen of which through the transfer lens 9 and the two-lens field aberration compensator 7 is optically coupled to the photocathode of the electron-optical converter 2, and the lens 10 is focused on the photocathode of the converter 8, located in a concentric hole in the central non-working part of the input windows 4 and made in the form of a successively installed along the beam of the positive lens 11 and the substrate with a counterguard 6, which is a positive minutes meniscus facing convex toward the image plane, the second beam along the surface of which, which is kontrotrazhatelem catadioptric lens 1, a dichroic coating is applied.
Данное устройство может быть выполнено, например, на следующей элементной базе:
зеркально-линзовый объектив 1 оптический выпуск 6-77-B62 (f'200 мм, O 1:1,5 эф, 2ω = 8°);
ЭОП 2 ЭП-10-1;
окуляр 3 лупа с увеличением 10o (расчет N Л 46-76-В56);
входное окно 4 плоскопараллельная пластина из стекла К8;
дихроичное покрытие контротражателя 6 диэлектрическое многослойное, пропускает излучение в рабочей области спектра тепловизионного ЭОП 8-2-15 мкм и отражает в рабочей области спектра ЭОП 2 0,4-0,92 мкм;
линзовый объектив 10 оптический выпуск N Л1101-87-13264 (f' 200 мм, O 1: 1,5, 2ω = 8°;
тепловизионный ЭОП 8 представляет собой тепловизионный ЭОП, выполненный в соответствии со схемой, приведенной в журнале "Приборы и техника эксперимента", 1990, N 6, с. 144-145;
объектив переноса 9 "Цефей" (расчет ЛЭО-В-11157РР) (f' 20 мм, O 1:1,2 2ω = 40°).This device can be performed, for example, on the following elemental base:
mirror-lens 1 optical release 6-77-B62 (f'200 mm, O 1: 1.5 ef, 2ω = 8 ° );
EOP 2 EP-10-1;
eyepiece 3 magnifier with an increase of 10 o (calculation N L 46-76-B56);
entrance window 4 plane-parallel plate made of glass K8;
the dichroic counter-reflector coating 6 is multilayer dielectric, transmits radiation in the working region of the thermal imaging image intensifier spectrum of 8-2-15 microns and reflects 0.4-0.92 microns in the working region of the optical intensifier spectrum 2;
lens objective 10 optical output N L1101-87-13264 (f '200 mm, O 1: 1.5, 2ω = 8 ° ;
thermal imaging image intensifier 8 is a thermal imaging image intensifier, made in accordance with the scheme given in the journal "Instruments and experimental equipment", 1990, N 6, p. 144-145;
transfer lens 9 "Cepheus" (calculation LEO-V-11157PP) (f '20 mm, O 1: 1.2 2ω = 40 ° ).
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Излучение, определяемое уровнем естественной освещенности в области спектра, соответствующей чувствительности фотокатода ЭОП 2 (0,4-0,92 мкм), отражается от наблюдаемого объекта и окружающего его фона и поступает в зеркально-линзовый объектив 1, который формирует изображение объекта и фона на фотокатоде ЭОП 2. Последний преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана ЭОП 2 наблюдается оператором через окуляр 3. Дихроичное покрытие контротражателя 6 объектива 1 работает при этом на отражение в области спектра 0,41-0,92 мкм. The radiation, determined by the level of natural illumination in the spectral region corresponding to the sensitivity of the photocathode of the image intensifier tube 2 (0.4-0.92 μm), is reflected from the observed object and the surrounding background and enters the mirror-lens objective 1, which forms the image of the object and background on photocathode of the image intensifier tube 2. The latter converts the image into visible and enhances it in brightness. The image from the screen of the image intensifier tube 2 is observed by the operator through the eyepiece 3. The dichroic coating of the counterguard 6 of the lens 1 works in this case to reflect in the spectral region of 0.41-0.92 μm.
Одновременно тепловое собственное излучение объекта и фона поступает в объектив 10, который формирует их тепловое изображение на фотокатоде тепловизионного ЭОП 8, работающего в области спектра 2-15 мкм. При этом дихроичное покрытие контротражателя 6 работает для этой области спектра на пропускание. ЭОП 8 преобразует изображение в видимое. Оно передается с экрана ЭОП 8 с помощью объектива переноса 9 и компенсатора полевых аберраций 7 на фотокатод ЭОП 2. Последний дополнительно усиливает это изображение, которое совместно с изображением в ЭОП 2, сформированным объективом 1, наблюдается оператором через окуляр 3. At the same time, the thermal intrinsic radiation of the object and the background enters the lens 10, which forms their thermal image on the photocathode of the thermal imaging image intensifier tube 8 operating in the spectral region of 2-15 μm. In this case, the dichroic coating of the counterguard 6 works for this region of the transmission spectrum. Image intensifier tube 8 converts the image to visible. It is transmitted from the screen of the image intensifier tube 8 using the transfer lens 9 and the field aberration compensator 7 to the photocathode of the image intensifier tube 2. The latter further enhances this image, which, together with the image in the image intensifier tube 2 formed by the lens 1, is observed by the operator through the eyepiece 3.
Суммирующиеся ближнее ИК-изображение в ЭОП 2 и тепловое изображение в ЭОП 8 взаимно дополняют друг друга. При низких температурных контрастах, но при достаточном уровне естественной освещенности обычно работоспособен собственно ЭОП 2. The summarized near infrared image in the image intensifier 2 and the thermal image in the image intensifier 8 are mutually complementary. At low temperature contrasts, but with a sufficient level of natural light, the image intensifier tube 2 itself is usually efficient.
Если же наступает полная темнота, то наблюдается изображение, сформированное в ЭОП 8. Поскольку тепловое излучение существенно лучше распространяется в рассеивающих средах (дымка, туман, пыль, дым и пр.) по сравнению с ближневолновым излучением, то прибор приобретает работоспособность и при пониженной прозрачности среды наблюдения. Это позволяет, как показывают результаты натурных испытаний, расширить в ≈ 3,5 раза диапазон рабочих внешних условий для данного устройства. If total darkness sets in, then the image formed in the image intensifier tube 8 is observed. Since thermal radiation propagates much better in scattering media (haze, fog, dust, smoke, etc.) in comparison with short-wave radiation, the device acquires operability even with reduced transparency observation environments. This allows, as the results of field tests show, to expand ≈ 3.5 times the range of working external conditions for this device.
Тепловизионный ЭОП не имеет характерной для традиционных тепловизионных приборов растровой структуры в изображении, т.е. происходит совмещение однородных в оптическом отношении изображений ЭОП 2 и ЭОП 8. Это гарантирует приемлемое качество изображения. The thermal imaging image intensifier does not have a raster structure characteristic of traditional thermal imaging devices in the image, i.e. there is a combination of optically homogeneous images of the image intensifier tube 2 and image intensifier 8. This ensures acceptable image quality.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5028940 RU2078349C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Opticoelectron device to visualize image |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5028940 RU2078349C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Opticoelectron device to visualize image |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2078349C1 true RU2078349C1 (en) | 1997-04-27 |
Family
ID=21597697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5028940 RU2078349C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Opticoelectron device to visualize image |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2078349C1 (en) |
-
1992
- 1992-02-24 RU SU5028940 patent/RU2078349C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Криксунов Л.З., Усольцев И.Ф. Ирфракрасные системы. - М.: Советское радио, 1968, с. 100, рис. 33. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. - М.: Военное издательство, 1989, с. 68 и 69, рис. 27. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW303428B (en) | ||
| US4629295A (en) | Night vision instrument with electronic image converter | |
| US4987884A (en) | Electronic endoscope | |
| US7813037B2 (en) | Day/night-vision device | |
| JP5165625B2 (en) | InGaAs image enhancement camera | |
| EP0857992A3 (en) | Decentered prism optical system | |
| RU182719U1 (en) | Binoculars for day and night observation | |
| US6593561B2 (en) | Method and system for gathering image data using multiple sensors | |
| US8368023B2 (en) | Optical bypass device | |
| CN107677264A (en) | A kind of reflective star sensor | |
| CA2336418C (en) | Night vision device | |
| RU2078349C1 (en) | Opticoelectron device to visualize image | |
| BRPI0721391A2 (en) | artificial contrast enhancement system for image viewing | |
| RU44836U1 (en) | TWO-CHANNEL OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEM | |
| US20070013997A1 (en) | Day-night vision device | |
| CN111766697B (en) | Fusion type telescope based on infrared and shimmer formation of image | |
| GB2173297A (en) | Constant light pyrometer | |
| CN209311704U (en) | A kind of thermal imaging fusion night vision device | |
| JPS60156030A (en) | Double-view optical apparatus | |
| RU2242777C2 (en) | Pseudo binocular night goggles | |
| RU224375U1 (en) | Three-channel night vision device | |
| US4730141A (en) | Imaging tube having a reflective photocathode and internal optical means | |
| CN205622773U (en) | Portable infrared night -vision appearance | |
| RU2130629C1 (en) | Active pulse optoelectronic device for image visualization | |
| RU2089930C1 (en) | Mirror-and-lens system |