eng
Содержание
Введение 5
Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ) 7
1.1.
Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 7
1.2.
Принцип действия низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) 16
1.3.
Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 20
1.4.
Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 27
1.5.
Принцип действия многоканальных ПВИ (МПВИ) 36
Глава 2. Элементы приборов ночного видения 40
2.1.
Объективы 40
2.1.1.
Основные параметры и характеристики 40
2.1.2.
Гидрообъективы 43
2.1.3.
Линзовые объективы 44
2.1.4.
Зеркально-линзовые объективы 46
2.1.5.
Объективы с переменным фокусным расстоянием 61
2.1.6.
Объективы для осветителей и целеуказателей 71
2.2.
Фильтры 87
2.2.1.
Фильтры для ПНВ 87
2.2.2.
Фильтры для пилотажных ОНВ 102
2.2.3.
Фильтры для авиационных обзорно-прицельных систем 110
2.2.4.
Фильтры для АИ ПНВ и АИ ТВС 120
2.3.
Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) 123
2.3.1.
Основные параметры ЭОП 123
2.3.2.
ЭОП общего назначения 124
2.3.3.
Импульсные и высокоскоростные ЭОП 178
2.3.4.
ЭОП с ультрафиолетовым фотокатодом 208
2.3.5.
ЭОП с цветным изображением 218
2.3.6.
ТПИ 219
2.4.
Окулярные системы 227
2.4.1.
Основные параметры окулярных систем 227
2.4.2.
Окуляры для монокулярных ПНВ 229
2.4.3.
Голографические окулярные системы 271
2.5.
Принадлежности ПНВ и модульный принцип их построения 290
Глава 3. Элементы телевизионных систем (ТВС) 323
3.1.
Основные параметры ТВ-систем 323
3.2.
Объективы для ТВС 358
3.2.1.
ТВ-объективы стандартные 358
4
Содержание
3.2.2.
Объективы для SWIR ТВ-камер 384
3.2.3.
УФ-объективы 390
3.3.
ТВ-камеры 399
3.3.1.
Классификация ТВ-камер 399
3.3.2.
ТВ-камеры нулевого поколения 401
3.3.3.
ТВ-камеры общего назначения 424
3.3.4.
Высокочувствительные ТВС 456
3.3.5.
УФ ТВ-камеры 492
3.3.6.
SWIR ТВС для области спектра 0,8‒1,7 мкм 516
3.3.7.
ИК ТВ-трубки для работы в области спектра 0,4‒2,2 мкм 545
3.3.8.
ТВ-камеры для квадрокоптеров 550
3.3.9.
Высокоскоростные ТВ-камеры 558
3.4.
Принадлежности для ТВС 574
3.4.1.
Принадлежности общего назначения 574
3.4.2.
Стабилизаторы для ТВ-камер 631
Глава 4. Осветители и целеуказатели для ПНВ и ТВС 656
4.1.
Светодиодные излучатели для ПНВ 656
4.2.
Лазерные полупроводниковые излучатели для ПНВ 663
4.3.
Светодиодные излучатели для ТВС 675
4.4.
Лазерные полупроводниковые излучатели для целеуказателей
и дальномеров 688
4.5.
Полупроводниковые излучатели для перспективных
целеуказателей лазерных, лазерных дальномеров и приборов
ночного видения 706
4.6.
Применение полупроводниковых излучателей в универсальных
прицельных комплексах 720
4.7.
Осветители с поляризацией излучения 727
4.8.
УФ-осветители 729
4.9.
Осветители для специальной техники 735
4.10.
Лазерные осветители для АИ ПНВ 761
4.11.
ИК-светодиодные осветители для систем видеонаблюдения 787
4.12.
Светодиодные излучатели для профессиональных фонарей 803
4.13.
Светодиодные прожекторы и фонари для подводного освещения 816
4.14.
Полупроводниковые излучатели для приборов подводного видения 830
4.15.
Тактические светодиодные фонари 853
Введение:
В настоящее время в современной технике широкое распространение получили
оптико-электронные приборы визуализации изображения (ПВИ). Они исполь-
зуются в системах охраны и досмотра, при проведении спасательных работ, для
обеспечения пожарной и радиационной безопасности, в криминалистике, при
проведении работ по добыче полезных ископаемых, в медицине, в строитель-
стве, транспорте, в производственных технологических процессах, в метроло-
гии, для мониторинга и др.
К ПВИ относятся пассивно-активные и активно-импульсные приборы ноч-
ного видения (ПНВ), телевизионные системы (ТВС), тепловизионные приборы
(ТВП) и многоканальные ПВИ (МПВИ).
В работах [1–3] подробно изложены идеология построения и принцип дей-
ствия этих ПВИ, описаны их технические параметры и характеристики, пока-
заны их современные и перспективные возможности, рассмотрены методы их
испытаний в лабораторных и в натурных условиях.
Однако для того, чтобы со знанием дела разрабатывать, производить и экс-
плуатировать ПВИ, необходимо хорошо знать их современную и перспектив-
ную элементную базу.
В связи с этим в настоящей работе рассмотрены основные элементы ПВИ:
• для ПНВ — объективы, фильтры, электронно-оптические преобразова-
тели (ЭОП), осветители и целеуказатели, принадлежности;
• для АИ ПНВ — импульсные ЭОП, импульсные лазерные осветители;
• для ТВС — объективы, фильтры, ТВ-камеры, ТВ-мониторы,
принадлежности;
• осветители и целеуказатели для ПНВ, ТВС, АИ ПНВ;
• для ТВП — ИК-объективы, фильтры, сканирующие системы, фотопри-
емные устройства, мультиплексоры, системы охлаждения и стабилиза-
ции температуры;
• для МПВИ — двух- и многоканальные объективы, двух- и многоканаль-
ные фотоприемные устройства.
Для всех типов ПВИ рассмотрены их источники первичного питания.
Авторы данной книги многие годы своей инженерной и научно-техниче-
ской деятельности посвятили вопросам разработки, исследования и развития
ПВИ для различных областей их применения, а также проблемам создания оп-
тимальной основной элементной базы для всех типов ПВИ.
Данная книга является учебным пособием для студентов вузов.
Кроме того, авторы считают, что настоящая книга окажется полезной для
аспирантов, научных и инженерно-технических работников, специализирую-
6 Введение
щихся в области разработки, производства и применения ПВИ и их основной
элементной базы в различных отраслях науки и техники.
Авторы с признательностью примут замечания и предложения по улучше-
нию содержания и формы изложенного в данной книге материала для новой
встречи с читателями.
Литература
1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
3. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Достижения в технике видения. — М.: Техносфе-
ра, 2019, в двух книгах: книга 1, 580 с, книга 2, 436 с.
ÃËÀÂÀ 1
ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß
Î ÏÐÈÁÎÐÀÕ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ
ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈß (ÏÂÈ)
1.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïðèáîðîâ íî÷íîãî âèäåíèÿ (ÏÍÂ)
Проблема обеспечения видения при низких уровнях освещенности (сумерки,
ночь) и в полной темноте всегда оставалась актуальной как для военной, так и для
гражданской техники. Однако решение этой проблемы стало одной из наиболее
трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и создания
значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания при-
боров ночного видения (ПНВ) стало открытие в начале XIX века инфракрасного
(ИК) излучения. Однако устройство, способное «видеть» предметы не в оптиче-
ском (видимом), а в ИК-диапазоне спектра, было создано лишь в 1934 г. Этот мо-
мент принято считать началом эры ночного видения [1.1.1, 1.1.2].
Развитие ПНВ можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление
их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от пре-
дыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, сни-
жением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойко-
сти к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ. Главным
признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной
элемент — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный
для преобразования невидимого глазом ИК-изображения в видимое и усиления
его по яркости. Поколения ЭОП и соответствующие им поколения ПНВ таковы:
0, 1, 1+, 2, 2+, 2++, 3, 3+, 4, 5 [1.1.1, 1.1.2].
Принцип действия ПНВ основан на преобразовании инфракрасного (ИК)
излучения в видимое и на усилении низких уровней яркости, создаваемых на на-
блюдаемом объекте свечением ночного неба, звезд и луны в видимой и ближней
ИК-области спектра. Принцип действия ПНВ поясняется на рис. 1.1.1 [1.1.1, 1.1.2].
Объектив 1 (рис. 1.1.1) создает перевернутое изображение объекта на по-
лупрозрачном фотокатоде ЭОП 2. Перед фотокатодом 4 ЭОП 2 может быть
установлен красный фильтр 3, который служит для повышения контраста
в изображении объекта. Световой поток, попадая на фотокатод 4, возбуждает
фотоэлектроны. Распределение их плотности соответствует распределению
освещенности на фотокатоде. Фотоэлектроны такого «электронного изображе-
ния» ускоряются электрическим полем, формируемым с помощью электронной
оптики 5 ЭОП. Ускорение электронов происходит за счет энергии высоковольт-
8 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ного источника питания (ВИП) 6,
который подает на экран 7 ЭОП вы-
соковольтное напряжение. Ускорен-
ные фотоэлектроны фокусируются
электронной оптикой 5 на катодо-
люминесцирующий экран 7. Послед-
ний под воздействием фотоэлектро-
нов излучает свет в видимой области
спектра. Экран 7 обычно изготавли-
вается из люминофора желто-зеле-
ного цвета свечения. Электронная
оптика 5 оборачивает изображение,
которое наблюдается глазом через
окуляр 8.
ВИП 6 подключен к первичному источнику питания 9 — бортсети или ак-
кумуляторной батарее. В состав ПНВ может входить ИК-осветитель 10. Он со-
стоит из ИК излучателя 11 (лампа, ИК-светодиод или ИК полупроводниковый
лазерный излучатель), оптики 12 формирования (коллимирования) его излуче-
ния и ИК-фильтра 13 (устанавливаемого только для лампы и подавляющего ее
видимое и ультрафиолетовое излучение). Излучатель 11 подключен к блоку его
питания 14 (преобразователь напряжения или блок накачки), который питается
от автономного источника 15 или от общего источника 9.
Осветитель служит для работы прибора в почти полной темноте. Его ис-
пользование необязательно: он применяется только в активных либо в пассив-
но-активных приборах и эффективен лишь при условии нормальной прозрач-
ности атмосферы.
В качестве фотокатодов в ЭОП первоначально получили применение кис-
лородно-серебряно-цезиевые (S-1), а в дальнейшем — многощелочные (S-20,
S-25 или 2+) и полупроводниковые фотокатоды с отрицательным электронным
сродством на основе арсенида галлия.
Исторически ПВИ в виде ПНВ на основе ЭОП появились первыми. Их со-
здание было связано прежде всего с успехами в области разработки ЭОП
в 30‒40-х годах XX века. Они использовались как ПНВ для военных целей.
Первые образцы таких приборов с успехом были использованы во время Второй
мировой войны. Это были активные ПНВ нулевого поколения. Их отличитель-
ные особенности:
• линзовые объективы;
• ЭОП с кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодом (S-1), чувстви-
тельным в области спектра от 0,4 до 1,2 мкм; однокамерные, стеклянная
конструкция;
• наличие инфракрасного (ИК) прожектора, выполненного на базе обычной
лампы накаливания, но с ИК-фильтром, пропускающим излучение только
в области спектра 0,8‒1,2 мкм и отсекающим видимую его область;
• выносной источник питания, конструктивно отделенный от ЭОП.
Рис. 1.1.1. Принцип действия ПНВ
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 9
В дальнейшем уже после войны в 50-х годах были разработаны каскадные
ЭОП, в связи с чем можно было использовать ЭОП двух- и трехкамерного типа.
Это привело к резкому увеличению их коэффициента усиления по яркости
(от сотен для однокамерного до нескольких сотен тысяч для трехкамерного),
хотя и сопровождалось уменьшением разрешающей способности (соответ-
ственно, с 60‒100 штр/мм до 30 штр/мм).
ПНВ нулевого поколения не могли работать в пассивном режиме (без под-
света) из-за высокого уровня темновых шумов фотокатода S-1, обусловленных
значительным уровнем его термоэмиссии; можно было вести наблюдение или
при использовании подсвета, или при исключительно высоком уровне есте-
ственной освещенности, либо требовалось термоэлектрическое охлаждение
фотокатода. Дальность действия таких ПНВ была невысока. С одной стороны,
это определялось малым коэффициентом усиления яркости ЭОП с фотокато-
дом S-1 и низкой чувствительностью последнего (которая в известной степени
компенсировалась работой в ближней ИК-области спектра, где выше уровни
природных контрастов по сравнению с видимой областью). С другой сторо-
ны, излучение подсвета рассеивалось в атмосфере, причем главным образом
в обратном направлении. Излучение обратного рассеяния создавало фоновую
помеху, которая накладывалась на изображение наблюдаемого объекта и сни-
жала контраст в его изображении. Это обстоятельство ограничивало дальность
действия ПНВ даже при нормальной прозрачности атмосферы, а при понижен-
ной ее прозрачности (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) ПНВ просто стано-
вился неработоспособным. Излучение ИК-подсвета демаскировало прибор при
условии его применения для полиции или для военных целей. Демаскировка
может быть обеспечена как с помощью любого индикатора ИК-излучения или
аналогичного ПНВ, так и непосредственно невооруженным глазом, который
при низких уровнях освещенности мог воспринимать ИК-излучение ближнего
диапазона вплоть до 1,2 мкм. Из-за наличия в составе ПНВ ИК-прожекторов
ПНВ обладают значительными массой, габаритами и энергопотреблением.
ЭОП нулевого поколения, как и все малогабаритные преобразователи изобра-
жения, имеют электростатическую фокусировку последнего. Но при этом из-за
наличия плоского стеклянного входа и выхода разрешающая способность ЭОП
резко падает от центра к краям поля зрения до уровня не более 2‒3 штр/мм.
Из-за этого эффективная величина поля зрения ПНВ не превышает 1/4 его
номинального значения. ЭОП стеклянной конструкции не переносят засветок,
излучение которых рассеивается по всему стеклянному корпусу ЭОП. ПНВ
нулевого поколения неустойчивы к световым помехам. Единственный спо-
соб борьбы с ними — выключение прибора. ЭОП нулевого поколения имеют
выносной источник питания, что также увеличивает массу и габариты ПНВ.
Используемые в ПНВ светосильные линзовые объективы также обладали зна-
чительной массой и габаритами, а также сравнительно низким качеством изо-
бражения [1.1.1, 1.1.2].
В 60-х годах были разработаны новые многощелочные (МЩ) фотокатоды
типа S-20. Их высокая чувствительность и низкая термоэлектронная эмиссия
10 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
позволили отказаться от ИК-прожектора (или свести к минимуму время его
применения — только для особо темных ночей). Коэффициент усиления таких
ЭОП составлял от 50‒100 (в однокамерных) до 250‒500 тысяч (в трехкамерных).
В результате появилась возможность создания чисто пассивных (без подсвета)
или пассивно-активных (с подсветом только при значительном падении уровня
естественной ночной освещенности) ПНВ. Все остальные указанные недостат-
ки приборов нулевого поколения оставались прежними [1.1.1, 1.1.2].
Существенного прогресса удалось добиться благодаря созданию в 70-х го-
дах новых ЭОП первого поколения в металлокерамическом корпусе модульной
конструкции с волоконно-оптическими деталями (ВОД) на входе и выходе вме-
сто прежних стеклянных окон и с новыми фотокатодами S-25.
Изображение, формируемое объективом на входе ВОД, плоское. С помо-
щью ВОД оно сопрягается с криволинейной поверхностью фотокатода и совпа-
дающей с ним эквипотенциальной поверхностью электростатического поля,
создаваемого фокусирующими электродами электростатической оптики. Изо-
бражение, образованное фотоэлектронами на поверхности фотокатода, пере-
носится на поверхность экрана, заставляя его люминесцировать. Выходная
ВОД сопрягает криволинейную поверхность экрана ЭОП с эквипотенциальной
поверхностью электростатического поля. Благодаря этому почти нет потерь
по разрешению на краю поля зрения ЭОП (и, соответственно, ПНВ) по отно-
шению к центру. Это коренным образом отличает указанные ЭОП I поколе-
ния от описанных выше ЭОП нулевого поколения, в которых имели место
потери по разрешающей способности именно из-за несовпадения плоского
окна с криволинейной эквипотенциальной поверхностью электростатическо-
го поля. Для получения высокого коэффициента усиления яркости отдельные
модули могут быть объединены в двух- или трехмодульную конструкцию, что
сокращает габариты ЭОП. В случае выхода из строя одного модуля он мог быть
отстыкован и заменен новым. В двух- или трехкамерном ЭОП при неудовле-
творительной работе одной камеры браковался весь ЭОП. Металлокерамиче-
ская конструкция и наличие ВОД снижали чувствительность ЭОП к засветкам
и светорассеянию. В ПНВ используются зеркально-линзовые объективы, кото-
рые обладают более высоким качеством изображения, меньшей массой и габа-
ритами по сравнению с линзовыми объективами [1.1.1, 1.1.2].
ПНВ первого поколения на основе указанных выше модульных ЭОП обла-
дают, соответственно, более высоким качеством изображения.
Их появление совпало с достигнутым прогрессом в области разработки
многощелочных фотокатодов с повышенной инфракрасной чувствительностью
S-20 и S-25. Это позволило повысить дальность действия ПНВ по сравнению
с приборами нулевого поколения.
Однако ПНВ первого поколения имели целый ряд недостатков. Их про-
дольные габариты (и, соответственно, масса) оставались сравнительно велики
из-за значительного продольного габарита ЭОП. В чаще всего используемых
трехмодульных ЭОП наблюдалось снижение разрешающей способности от мо-
дуля к модулю, возрастание искажения изображения на краях поля зрения
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 11
за счет дисторсии. Сравнительно велика была и инерционность изображения,
обусловленная наличием трех люминесцирующих экранов. Оставалась высо-
кой чувствительность к засветкам от ярких источников света, что приводило
к свертыванию изображения или появлению ореолов, приводящих к потере
видимости. Применение электрических резистивных или фотоэлектрических
средств защиты от световых помех не обеспечило кардинального решения про-
блемы видимости в таких условиях [1.1.1, 1.1.2].
В 70-х годах появились микроканальные ЭОП второго поколения, что по-
зволило разработать и ПНВ второго поколения. В отличие от ЭОП первого по-
коления ЭОП второго поколения содержит только один модуль, но его коэффи-
циент усиления яркости практически не уступает величине, характерной для
трехмодульного ЭОП первого поколения. В ЭОП второго поколения дополни-
тельно устанавливается микроканальная пластина (МКП), содержащая боль-
шое количество микроканалов. При попадании фотоэлектрона с фотокатода
ЭОП в единичный микроканал электрон бомбардирует его внутреннюю по-
верхность. Последняя представляет собой полупроводник, обладающий свой-
ством вторичной эмиссии. При соударении фотоэлектрона с полупроводником
возникает некоторое количество вторичных электронов, которые под действи-
ем ускоряющего поля вдоль оси микроканала вызывают лавинообразный про-
цесс. В результате на выходе микроканала появляется целый поток электронов,
бомбардирующих люминесцирующий экран, на котором создается усиленное
подобным образом изображение. Описанный лавинный процесс умножения
происходит под влиянием электрического поля, образованного приложенным
к экрану и МКП высоким напряжением (порядка 0,8‒0,9 кВ). Микрокана-
лы имеют наклон во избежание сквозного пролета электрона без соударений
о стенки микроканала. Однородное электрическое поле, существующее между
МКП и экраном, обеспечивает формирование изображения без фокусировки.
Это уменьшает продольные габариты ЭОП. Его разрешающая способность пре-
вышает разрешение трехмодульного ЭОП первого поколения, но функция пе-
редачи модуляции выше за счет уменьшения количества модулей и ВОД, а дис-
торсия по этой же причине стала примерно в три раза меньше [1.1.1, 1.1.2].
Недостатком ЭОП с МКП является снижение отношения сигнал/шум
по сравнению с ЭОП первого поколения за счет шумов МКП. Однако это может
быть компенсировано за счет оптической системы. В ЭОП с МКП предусмо-
трена автоматическая регулировка яркости, позволяющая работать в широком
диапазоне изменения освещенности. Эти ЭОП менее чувствительны к свето-
вым помехам, чем ЭОП первого поколения, так как засветка в них локализуется
за счет насыщения соответствующих микроканалов только в пределах размера
изображения источника световой помехи, не создавая ореола.
ЭОП второго поколения может быть выполнен в виде двух вариантов: с вну-
тренним усилением (инверторного типа); бипланарного типа.
Первый вариант, по существу, представляет собой модуль ЭОП первого по-
коления, но содержащий дополнительно МКП, установленную непосредствен-
но перед экраном ЭОП. Электронная оптика оборачивает (инвертирует) изо-
12 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
бражение, обеспечивая ускорение потока фотоэлектронов и, соответственно,
дополнительное усиление по яркости. Возможно также увеличение или умень-
шение масштаба изображения с помощью электронной оптики. Электронное
изображение проецируется на МКП, усиливается в ней и с выхода МКП пере-
носится на экран. Достоинством такого ЭОП является значительное усиление
и инвертирование изображения внутри ЭОП. Недостатки — сравнительно
большие габариты и масса, а также дисторсия, хотя и в три раза меньшая, чем
у ЭОП первого поколения.
Второй вариант ЭОП с МКП использует прямой перенос изображения
в плоскопараллельном электростатическом поле. Такие бипланарные ЭОП
обеспечивают воспроизведение изображений практически без искажений и без
изменения масштаба изображения.
При прямом переносе изображения не происходит его оборачивание (ин-
вертирование). В связи с этим перевернутое изображение на фотокатоде ЭОП
остается перевернутым и на его экране. Это требует применения окулярной
системы с оборачиванием изображения. В ряде случаев это неудобно. Поэтому
в бипланарный ЭОП экран наносят на волоконно-оптический оборачиваю-
щий элемент («твистер»), который обеспечивает разворот изображения на 180°
за счет поворота на 180° выходного торца элемента по отношению ко входному.
Достоинством варианта без оборачивания изображения является его простота
и низкая стоимость за счет наличия стеклянного входа и выхода. Однако нали-
чие ВОД на выходе ЭОП обеспечивает возможность его стыковки либо с дру-
гим ЭОП, либо с ТВ-камерой. Наличие сферической поверхности на выходе
ВОД упрощает окуляр, так как благодаря такому решению ВОД превращается
в часть окулярной оптики. Недостатком бипланарных ЭОП является несколько
меньшее усиление яркости, чем в ЭОП инверторного типа, так как ускоряющее
напряжение в них меньше из-за небольшого расстояния между фотокатодом
и МКП. Достоинством таких ЭОП являются минимальные масса и габариты.
В связи с этим они и нашли наибольшее распространение в технике ПНВ [1.1.1,
1.1.2].
ЭОП третьего поколения отличаются от ЭОП второго поколения бипланар-
ного типа только использованием фотокатода с отрицательным электронным
сродством на основе арсенида галлия (GaAs) вместо многощелочного фотока-
тода. Это обеспечивает в 5‒7 раз большую чувствительность, чем у ЭОП вто-
рого поколения. Недостатком ЭОП является большая стоимость. Интегральная
чувствительность фотокатода — 1800–2200 мкА/лм [1.1.1‒1.1.3].
ЭОП поколения 3+ — тот же ЭОП поколения 3, но с использованием фото-
катода на основе соединения индий-галлий арсенид (InGaAs), работающий
в области спектра 0,4‒1,3 мкм. В этой области спектра выше уровень природ-
ных контрастов и, соответственно, выше дальность действия ПНВ. Кроме того,
можно визуализировать излучение лазерных целеуказателей-дальномеров,
работающих на длине волны 1,06 мкм. Интегральная чувствительность фото-
катода — 1400‒1600 мкА/Лм [1.1.1, 1.1.3].
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 13
ЭОП поколения 4 — ЭОП поколения 3,
но без ионно-барьерной пленки, с импульс-
ным ВИП. Дело в том, что ионно-барьерная
пленка ухудшает отношение сигнал шум,
однако без нее возможно повреждение фото-
катода положительно заряженными ионами.
Но если ВИП работает в импульсном режи-
ме, то за время действия короткого импульса
высоковольтного напряжения сравнительно
малоподвижные ионы не успевают достиг-
нуть фотокатода, а более подвижные элек-
троны успевают достигнуть экрана, создавая
изображение. Поэтому можно устранить ион-
но-барьерную пленку и повысить тем самым
отношение сигнал/шум. Кроме того, частота
работы ВИП автоматически меняется в зави-
симости от уровня естественной освещен-
ности, расширяя тем самым динамический
диапазон работы ПНВ по освещенности. Ин-
тегральная чувствительность фотокатода —
1800‒2200 мкА/Лм [1.1.1‒1.1.3].
Рис. 1.1.2. Ночной бинокль: а) псевдобинокулярный бинокль Альфа-3122; б) бинокуляр-
ный бинокль БН-2
а б
Рис. 1.1.3. Ночной монокуляр
МДН-1: а) модель МДН-1;
б) удерживаемый в руках ночной
монокуляр и изображение в него
а
б
Рис. 1.1.4. Ночной универсальный
прицельный комплекс «Альфа-1962»
Рис. 1.1.5. Лазерный целеуказатель для ком-
плекса «Альфа-1962»
14 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ЭОП поколения 5 — ЭОП поколения 4, но вместо фотокатода на основе арсе-
нида галлия используется фотокатод на основе соединения InGaAs и барьеров
Шоттки, работающий в области спектра 0,8‒1,7 мкм (а при термоэлектриче-
ском охлаждении — и до 2,2 мкм). В этой
области спектра не только выше уровень
природных контрастов, но и уровень
ЕНО, а также возрастает пропускание ат-
мосферы, допускающее работу ПНВ при
пониженной ее прозрачности (дымка, ту-
ман, дождь, снегопад, даже тактический
дым). Можно визуализировать излучение
лазерных целеуказателей-дальномеров
с длиной волны 1,54 мкм. Это поколение
находится пока еще в стадии разработки
[1.1.1, 1.1.2].
Одновременно с развитием ЭОП совер-
шенствовались их источники питания, ко-
торые в ПНВ первого-третьего поколений
имеют микроминиатюрное исполнение,
включают в свой состав систему автомати-
ческой регулировки яркости, а конструк-
тивно встроены в корпус ЭОП, к которому
подводится только напряжение первично-
го источника питания (1,5 В; 2,2‒3 В; 9 В)
в зависимости от типа ЭОП.
В пассивно-активных приборах вме-
сто ИК-прожекторов стали использовать-
ся малогабаритные осветители на базе
ИК-светодиодов и полупроводниковых
лазерных излучателей.
Если в ПНВ нулевого поколения ис-
пользовались только линзовые объективы
Рис. 1.1.6. Очки ночного видения (ОНВ): а) псевдобинокулярные ОНВ 40 ИМ ОАО «Ка-
тод»; б) бинокулярные очки ночного видения; в) очки ночного видения для пилота
а б в
Рис. 1.1.7. Ночные прицелы: а) ночной
танковый прицел ПН2М для легкого
стрелкового оружия; б) ночной танко-
вый прицел
а
б
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 15
и окуляры, то в приборах последующих поколений уже широко используются
зеркально-линзовые объективы. В окулярной системе находит применение «го-
лографическая» оптика, допускающая не только снижение массы, но и возмож-
ность одновременного видения изображения как с экрана ЭОП, так и непосред-
ственно объектов наблюдения, минуя ЭОП [1.1.1, 1.1.2].
На рис. 1.1.2‒1.1.9 представлены типичные ПНВ, а на рис. 1.1.10 — характер
изображения в ПНВ [1.1.3].
Список литературы
1.1.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
Рис. 1.1.8. Дневно-ночной бинокль
ОАО ПО КМЗ
Рис. 1.1.9. Переносной ночной прибор
наблюдения ПДНК ОАО НПЗ
а б в
г д е
Рис. 1.1.10. Изображение в ПНВ: а) солдата армии США и техники; б) солдат армии США
на местности; в) солдата армии США с ночным прицельным комплексом; г) леса; д) мест-
ности; е) львицы
16 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
1.1.2. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.1.3. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.2. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ íèçêîóðîâíåâûõ òåëåâèçèîííûõ
ñèñòåì (ÍÒÂÑ)
Достоинством ПНВ является их максимальная простота и надежность, мини-
мальные масса, габариты, энергопотребление, стоимость, высокий срок службы.
Однако им свойственен и ряд недостатков: невозможность дистанционной пере-
дачи изображения на расстояние, его дублирования и обработки, невозможность
оперативной замены прицельной марки и шкалы, сравнительно низкая стойкость
к воздействию световых помех, невозможность запоминания и тиражирования
изображения [1.2.1].
В связи с этим появились НТВС. Их достоинства по сравнению с ПНВ:
• практически круглосуточная работа за счет использования системы авто-
матической регулировки яркости и усиления, автоматического введения
нейтральных фильтров и диафрагмирования объектива,
• дистанционная передача изображения и его одновременный вывод на не-
сколько ТВ-мониторов (дублирование информации),
• цифровая обработка изображения в реальном масштабе времени,
• возможность ввода изображения в персональный компьютер, его запоми-
нания и тиражирования,
• простая замена в электронном канале служебной информации: прицель-
ных марок, шкал, цифровых данных, надписей и символов,
• большая по сравнению с ПНВ устойчивость к воздействию световых помех
за счет применения антиблюминга,
• большее удобство наблюдения изображения с экрана ТВ-монитора
по сравнению с использованием для той же цели окуляра в ПНВ,
• возможность автоматизации процессов обнаружения и распознавания
за счет использования встроенного микропроцессора.
В настоящее время малогабаритные замкнутые НТВС широко используются
для охраны различных объектов, обеспечения спасательных, ремонтных и мон-
тажных работ в сложных условиях видимости, таможенного контроля, работы
спецслужб, пограничных и правоохранительных органов.
При этом одной из главных задач является повышение чувствительности
НТВС в целях обеспечения круглосуточного наблюдения. В таких условиях диа-
пазон естественной освещенности меняется в очень широких пределах. В яркий
солнечный день освещенность на местности составляет (5‒10) · 105 лк, в пасмур-
ный день — 103 лк, в сумерки — от 102 до 1 лк, в лунную ночь при наличии полной
луны — 101 лк, при наличии месяца — 102 лк, в ясную звездную ночь — 103 лк,
в облачную звездную ночь — 104 лк. В затемненных помещениях освещенность
1.2. Принцип действия низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) 17
может опуститься еще ниже вплоть до полной темноты. Поэтому к современным
НТВС предъявляются достаточно жесткие требования по чувствительности и ши-
роте динамического диапазона работы по освещенности [1.2.2‒1.2.4].
Возможны следующие направления реализации НТВС:
1) сопряжение ТВ-камер с ЭОП,
2) создание активно-импульсных (АИ) ТВ ПВИ,
3) применение высокочувствительных ТВ-камер, работающих в реальном
масштабе времени или с накоплением,
4) дополнительное использование средств ИК-подсвета.
Первый способ создания высокочувствительных НТВС получил наиболее
широкое распространение. Сопряжение ЭОП с матрицей ПЗС ТВ-камеры обра-
зует так называемый гибридно-модульный преобразователь изображения (ГМП).
ЭОП преобразует изображение с низким уровнем освещенности в видимое и уси-
ливает его по яркости. Поскольку ЭОП выполняет роль усилителя изображения —
Image Intensifi er (II) для ПЗС — Charge Coupled Device (CCD), то в зарубежной
литературе ГМП сокращенно называют ICCD (Intensifi er CCD). При этом воз-
можны два варианта построения ГМП [1.2.2‒1.2.4].
Матрица ПЗС находится вне ЭОП; изображение с экрана последнего с по-
мощью оптики переноса (проекционный объектив или волоконно-оптическая
деталь) передается на матрицу ПЗС. Она преобразует оптическое изображение
в видеосигнал, который затем поступает в ТВ-монитор для последующего наблю-
дения изображения с его экрана (собственно ICCD).
На рис. 1.2.1 показана схема
ТВ-камеры НТВС на базе такого
ГМП.
Матрица ПЗС располагается вну-
три ЭОП. На фотокатоде ЭОП со-
здается изображение наблюдаемого
объекта и окружающего его фона. Фо-
токатод преобразует оптическое изо-
бражение в электронное. Оно ускоря-
ется электростатическим полем ЭОП
и переносится на матрицу ПЗС, смон-
тированную внутри ЭОП вместо экра-
на. При этом подложка матрицы ПЗС
утончена до 10‒15 мкм и обращена
к потоку электронов. Этот поток либо
непосредственно переносится на ма-
трицу ПЗС, либо предварительно уси-
ливается в микроканальной пластине.
За рубежом такие ГМП называют
Electron — bombarded CCD (EBCCD)
в отличие от традиционных ICCD, ис-
Рис. 1.2.1. Блок-схема НТВС на базе ICCD:
1 — объектив, 2 — ЭОП, 3 — фотокатод,
4 — микроканальная пластина, 5 — экран,
6 — оптика переноса: 6а — волоконно-опти-
ческая деталь либо 6б — проекционный объ-
ектив, 7 — матрица ПЗС, 8 — видеоусили-
тель, 9 — ТВ-монитор
Рис. 1.2.2. Блок-схема НТВС на базе EBCCD:
где 1 — объектив, 2 — ЭОП, 3 — фотокатод,
4 — матрица ПЗС, 5 — видеоусилитель, 6 —
ТВ-монитор
18 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
пользующих внешнюю матрицу ПЗС
[1.2.2‒1.2.4].
На рис. 1.2.2 показана схема
ТВ-камеры НТВС на базе такого
ГМП. В таком ГМП меньше масса
и габариты, отсутствуют потери, свя-
занные с преобразованием электрон-
ного потока в излучение экрана ЭОП,
энергетические потери в оптике пе-
реноса, потери разрешающей способ-
ности и контраста в оптике переноса,
а также влияние инерционности
экрана ЭОП, меньше уровень шумов
из-за его отсутствия [1.2.2‒1.2.4].
Блок-схема НТВС на базе ГМП
дана на рис. 1.2.3. Объектив 1 с ре-
гулируемой ирисовой апертурной
диафрагмой 2 создает изображение
на фотокатоде ЭОП 3. Диаметр диа-
фрагмы 2 определяет уровень осве-
щенности фотокатода ЭОП 3. Изо-
бражение с его экрана через фокон 4
передается на матрицу ПЗС ТВ-каме-
ры 5. Видеосигнал с ее выхода усили-
вается в видеоусилителе 6 и поступа-
ет в ТВ-монитор 7, с экрана которого
наблюдается оконечное изображе-
ние. Синхрогенератор 8 обеспечи-
вает кадровую и строчную развертку
в блоках 5‒7, а также подачу такто-
вых импульсов на ТВ-камеру 5. Сиг-
нал с ее выхода регулирует работу
блока 9 автоматической регулировки
усиления, блока 10 автоматической
регулировки яркости ЭОП, а также
сервопривода 11, управляющего дви-
гателем 12 с приводом. Двигатель
изменяет через свой привод диаметр
диафрагмы 2. В ТВ-камере 5 проис-
ходит непрерывное сравнение вы-
ходного видеосигнала с его опорным
значением. В случае рассогласования
этих сигналов блоки 9‒12 обеспечи-
вают оптимальный режим работы
Рис. 1.2.3. Общая блок-схема НТВС
Рис. 1.2.4. Внешний вид EBCCD фирмы
Hamamatsu
Рис. 1.2.5. Кривые спектральной чувстви-
тельности обычного ПЗС, кривая 1, и с по-
вышенной ИК чувствительностью, кривая 2
Рис. 1.2.6. Внешний вид корпусной камеры
на базе ПЗС
1.2. Принцип действия низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) 19
ТВ-камеры по рабочей освещенности
и усилению. Это позволяет добиться
широкого динамического диапазона
работы ТВ-камеры [1.2.2‒1.2.4].
На рис. 1.2.4 показан внеш-
ний вид EBCCD фирмы Hamamatsu.
На рис. 1.2.5 показаны кривые спек-
тральной чувствительности обычного
ПЗС. На рис. 1.2.6 показан внешний
вид корпусной ТВ-камеры на базе ма-
трицы ПЗС, на рис. 1.2.7 — бескорпус-
ной ТВ-камеры на базе матрицы ПЗС.
На рис. 1.2.8 показаны кривые коэф-
фициента передачи контраста обычной
матрицы ПЗС (кривая 1), ICCD (кри-
вая 2), EBCCD (кривая 3). Преимуще-
ство EBCCD здесь очевидно.
Основным элементом НТВС явля-
ются ТВ-камеры [1.2.2‒1.2.4]. Раз-
личают корпусные для работы на от-
крытом воздухе или в помещении,
бескорпусные (модульные) ТВ-камеры
для встраивания их в НТВС любого
типа. Различают цветные, черно-белые
ТВ-камеры, а также ТВ-камеры типа
«день/ночь», которые могут работать как в цветном, так и в черно-белом режиме.
ТВ-камеры могут иметь стандартное (350‒380 ТВ-линий) или высокое (свыше 500
ТВ-линий) разрешение. ТВ-камеры могут работать в обычных условиях, но суще-
ствуют ТВ-камеры для работы при экстремальных внешних условиях, в том числе
и при повышенном уровне радиации. ТВ-камеры могут быть в купольном испол-
нении для охраны помещений. Различают также аналоговые и цифровые (сете-
Рис. 1.2.7. Внешний вид бескорпусной ка-
меры на базе ПЗС
Рис. 1.2.8. Сравнение кривых коэффици-
ента передачи контраста обычного ПЗС,
кривая 1, ICCD, кривая 2, и EBCCD, кри-
вая 3
Рис. 1.2.9. Цифровой бинокль Модель DC48 Рис. 1.2.10. ТВ-камера на базе ICCD, мо-
дель ГЕО НТК 4 ОАО «Геофизика-НВ»
20 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
вые) ТВ-камеры. В цифровых ТВ-камерах воплощена технология Internet Protocol
(IP), поэтому их называют IP-камеры.
За последние годы появились так называемые цифровые ПНВ, в частности
ночные бинокли (рис. 1.2.9). Они представляют собой НТВС, в которых исполь-
зуются настолько чувствительные матрицы ПЗС, что они могут конкурировать
по чувствительности с ГМП. Отсутствие ЭОП позволяет добиться высокого каче-
ства изображения. Будущее определенно за такими НТВС.
Однако широко применяются и НТВС на базе ICCD. В частности, на рис. 1.2.10
представлена ТВ-камера на базе ICCD, модель ГЕО НТК 4 ОАО «Геофизика-НВ».
Список литературы
1.2.1. Краткая история создания приборов ночного видения. armyman/info/stati/
26402.
1.2.2. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.2.3. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.2.4. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.3. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ÀÈ ÏÍÂ è ÀÈ ÍÒÂÑ
ПНВ и НТВС свойственны главные недостатки: невозможность работы при по-
ниженной прозрачности атмосферы и при воздействии мощных световых помех,
а также неспособность точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Указанные выше недостатки ПНВ и НТВС во многом оказались преодолен-
ными благодаря созданию активно-импульсных (АИ) ПНВ.
Действие активно-импульсных (АИ) ПНВ основано на импульсном методе
наблюдения, предложенном академиком А. А. Лебедевым в 1936 г. [1.3.1‒1.3.9].
Сущность метода сводится к следующему. Объект наблюдения освещается корот-
кими световыми импульсами, длительность которых значительно меньше вре-
мени распространения света до объекта и обратно. При этом объект наблюдается
в оптический прибор, снабженный быстродействующим затвором, открываю-
щимся в такт с посылкой световых импульсов на определенное время. В том слу-
чае, когда временная задержка между моментом излучения импульса и моментом
открывания затвора равна удвоенному времени, необходимому для прохождения
светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам
объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Глубина этого
пространства определяется как временем открытого состояния затвора, так и дли-
тельностью светового импульса [1.3.1].
В дальнейшем этот метод был описан в зарубежной литературе, в которой он
обычно называется методом стробирования по дальности (Gated Viewing).
1.3. Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 21
Для реализации этого метода необходимы импульсный осветитель, генерирую-
щий достаточно короткие импульсы света, а также преобразователь изображения,
оснащенный быстродействующим затвором. Первоначально в качестве такого
осветителя использовался ламповый прожектор, а в приемной части аппаратуры
устанавливался обычный ЭОП. Импульсный режим работы приемной части обес-
печивался либо установкой перед фотокатодом ЭОП быстродействующего затвора
Керра или Поккельса, либо импульсным управлением (стробированием) ЭОП
непосредственно по напряжению высоковольтного питания. Использование ука-
занных затворов приводило к неоправданным энергетическим потерям, а строби-
рование по напряжению питания требовало ламповых электронных блоков, обла-
дающих значительными массой, габаритами и энергопотреблением [1.3.1].
В конце 40-х годов М. М. Бутслову и его коллективу удалось разработать им-
пульсные ЭОП с электронным компенсированным затвором [1.3.1]. Применение
этих ЭОП позволило существенно упростить блок стробирования и снизить его
массу, габариты и энергопотребление.
Ощутимого прогресса в развитии АИ ПНВ удалось достигнуть только в начале
60-х годов в связи с созданием лазеров. По сравнению с искровыми ламповыми
источниками лазеры обладают существенными преимуществами:
• высокой яркостью и направленностью излучения;
• монохроматичностью излучения, позволяющей использовать в приемной
части прибора узкополосные фильтры, отсекающие излучение световых
помех;
• малой длительностью импульсов излучения (единицы и десятки нс), по-
зволяющих получить сравнительно малые глубины просматриваемого про-
странства, измеряемые долями и единицами метров. Это позволяло резко
повысить контраст изображения в сильно рассеивающих средах (дымка,
туман, дождь, снегопад, вода и пр.).
В этой связи самые благоприятные результаты были получены при исполь-
зовании твердотельных лазеров, работающих в режиме модулированной доброт-
ности и генерирующих наиболее короткие мощные импульсы излучения с дли-
тельностью 20‒50 нc.
Принцип АИ ПНВ, как уже говорилось, основан на импульсном методе на-
блюдения. Он сводится к подсвету наблюдаемого объекта излучением импульсно-
го лазерного осветителя и синхронизированным с ним импульсным управлением
(стробированием) ЭОП в приемной части ПНВ.
Блок-схема АИ ПНВ с использованием твердотельных лазеров представлена
на рис. 1.3.1 [1.3.1].
Прибор работает следующим образом. В импульсном лазерном осветителе
1 функционирует активная среда 3 излучателя 2. Активная среда 3 возбуждает-
ся излучением лампы 4 закачки, запихиваемой блоком 5 ее питания. Генерация
лазерного излучения поддерживается с помощью зеркал M1 и М2 резонатора.
Модулятор добротности 6, возбуждаемый его блоком 7 питания, создает режим
Q-модуляции. Оптика 8 формирует требуемый угол подсвета и направляет излу-
чение осветителя 1 на объект наблюдения. Импульсы излучения, отразившись
22 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
от объекта, поступают в блок 14 наблюдения. Объектив 15 формирует изображе-
ние объекта на фотокатоде импульсного ЭОП 17. Фильтр 16 служит для отсечения
излучения световых помех, действующих в широкой области спектра. До прихода
импульса излучения на фотокатод ЭОП 17 затвор последнего заперт. В момент
прихода отраженного от объекта наблюдения импульса излучения затвор ЭОП
отпирается на время, равное или несколько превышающее длительность этого
импульса. Для обеспечения указанной синхронной работы осветителя 1 и блока
14 наблюдения служит фотоприемник 9, преобразующий часть энергии импульса
лазерного излучения в импульсный электрический сигнал, который запускает
ЗГИ 11, работающий в ждущем режиме. ЗГИ 11 формирует синхронизирующие
импульсы, которые задерживаются в БРЗ 12 на время, равное прохождению им-
пульсом излучения расстояния от прибора до объекта наблюдения и обратно.
С выхода БРЗ 12 синхроимпульс возбуждает ФСИ 13, который создает строби-
рующие импульсы, отпирающие затвор ЭОП 17. Последний усиливает изображе-
ние по яркости, преобразуя его в видимое. Изображение наблюдается оператором
через окуляр 18. Оператор, плавно регулируя задержку, может перемещать узкую
зону просматриваемого пространства по глубине до тех пор, пока в ее пределы
не попадет наблюдаемый объект.
Рис. 1.3.1. Блок-схема АИ ПНВ с использованием импульсного осветителя на основе
твердотельного лазера: 1 — импульсный лазерный осветитель, 2 — импульсный лазерный
излучатель, 3 — активная среда; М, М2 — зеркала резонатора, 4 — лампа накачки, 5 — блок
ее питания, 6 — модулятор добротности, 7 — блок его питания, 8 — оптика формирования
излучения (телескопическая система Галилея), 9 — фотоприемник, 10 — блок управления
и синхронизации, 11 — задающий генератор импульсов (ЗГИ), 12 — блок регулируемой
задержки (БРЗ), 13 — формирователь стробирующих импульсов (ФСИ), 14 — блок наблю-
дения, 15 — объектив, 16 — фильтр, 17 — импульсный ЭОП, 18 — окуляр (или первый
компонент оптики переноса), 19 — второй компонент оптики переноса, 20 — ТВ-канал,
21 — передающая ТВ-камера, 22 — видеоусилитель, 23 — ТВ-монитор, 24 — синхрогене-
ратор, 25 — блок деления частоты строк (при окулярном выводе изображения элементы
19–25 отсутствуют)
1.3. Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 23
Если на выходе блока 14 наблюдения установлен ТВ-канал 20, то изображе-
ние с экрана ЭОП переносится на светочувствительный элемент передающей
ТВ-камеры 21 с помощью первого 18 и второго 19 компонентов оптики пере-
носа. ТВ-камера 21 преобразует изображение в электрический сигнал, который
усиливается в видеоусилителе 22 и передается в ТВ-монитор 23, где видеосигнал
преобразуется в оптическое изображение. Синхрогенератор 24 служит для кадро-
вой и строчной синхронизации работы блоков 21‒23, а также для синхронизации
ЗГИ 11. Для выполнения последней функции сигнал строчной частоты с синхро-
генератора 24 поступает в блок 25 деления частоты, который делит частоту строк
до уровня, близкого к частоте работы осветителя 1 и кратного ей [1.1.1]. Таким
образом, вместо АИ ПНВ появилась АИ НТВС.
Однако минимальных габаритов, массы, энергопотребления, а также наибо-
лее высоких эксплуатационных показателей удалось добиться при использовании
в АИ ПВИ осветителей на базе импульсных лазерных полупроводниковых излу-
чателей (ИЛПИ).
Блок-схема АИ ПНВ с осветителем на базе ИЛПИ представлена на рис. 1.3.2.
Он работает так же, как и АИ ПНВ, представленный на рис. 1.3.1, только ЗГИ
6 запускается синхроимпульсами от блока 4 накачки, с другого выхода которого
импульсами тока возбуждается ИЛПИ 3, генерирующий равные им по длитель-
ности импульсы излучения.
Рис. 1.3.2. Блок-схема АИ ПНВ с использованием осветителя на базе импульсного лазер-
ного полупроводникового излучателя (ИЛПИ): 1 — импульсный лазерный осветитель,
2 — объектив формирования излучения, 3 — ИЛПИ, 4 — блок его накачки (усилитель тока
на полупроводниковых элементах), 5 — блок управления и синхронизации, 6 — ЗГИ, 7 —
БРЗ, 8 — ФСИ, 9 — блок наблюдения, 10 — объектив, 11 — полосовой (или отсекающий)
фильтр, 12 — импульсный ЭОП, 13 — окуляр (или первый компонент оптики переноса,
если изображение вводится в ТВ-канал), 14 — второй компонент оптики переноса, 15 —
ТВ-канал, 16 — передающая ТВ-камера, 17 — видеоусилитель, 18 — ТВ-монитор, 19 —
синхрогенератор, 20 — блок деления частоты строк
24 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
АИ ПНВ независимо от блок-схемы позволяют повысить контраст в изобра-
жении наблюдаемого объекта, а значит, и дальность действия прибора за счет
[1.3.1‒1.3.9].
• отсечения задержкой излучения обратного рассеяния, которое в обыч-
ных активных ПНВ накладывается на изображение наблюдаемого объекта
и снижает контраст в его изображении даже при нормальной или при не-
значительно ухудшенной прозрачности атмосферы;
• ослабления, равного скважности работы прибора, рассеянного в атмосфе-
ре излучения, определяемого уровнем естественной освещенности.
Это излучение в обычных пассивных ПНВ на базе ЭОП при пониженной про-
зрачности атмосферы также резко снижало контраст в изображении наблюдае-
мого объекта.
Так как объект наблюдения воспринимается в пределах очень узкой глубины
просматриваемого пространства, то фон за объектом отсекается. Это позволяет
наблюдать малоконтрастные объекты, которые не видны ни ночью в пассивные
или активные оптико-электронные приборы, ни даже днем в обычные оптиче-
ские наблюдательные приборы. Например, в АИ ПНВ отчетливо были видны
сооружения из снега (вал) или фигуры людей в белых халатах на фоне снежной
целины. Это открывает большие возможности применения АИ ПНВ для спасате-
лей или для разведки природных ресурсов, например, для выделения угля на фоне
породы.
Поскольку изображение объекта наблюдения появляется только при опре-
деленной величине задержки, соответствующей дальности до объекта, то по вели-
чине задержки можно измерять дальность до объекта. Точность измерения даль-
ности обычно достигает 10 или 5 м, но при необходимости может быть и выше
не менее чем на порядок. Эта точность не зависит от дальности до объекта, а опре-
деляется только длительностью импульса строба и импульса подсвета. В отличие
от обычных лазерных дальномеров в АИ ПНВ исключена возможность выдачи
ложного значения дальности за счет реакции дальномера на случайные предметы,
находящиеся между полезным объектом и прибором (например, ветки деревьев,
провода и пр.), сигнал от которых может значительно превышать сигнал от полез-
ного объекта. В АИ ПНВ все эти ложные сигналы отсекаются задержкой [1.3.1].
За счет работы в импульсном режиме любая длительная световая помеха (из-
лучение прожекторов, фар, пламя костров и пр.) ослабляется в число крат, рав-
ное скважности работы прибора (при условии достаточно надежного запирания
затвора ЭОП). Так осуществляется временная селекция наблюдаемого объекта
на фоне помех. Дополнительная помехозащищенность достигается применением
в блоке наблюдения полосового (или отсекающего) фильтра с полосой пропуска-
ния, соответствующей рабочей области спектра лазерного осветителя. Реальные
значения степени защиты от помех за счет указанной спектрально-временной
селекции могут достигать 105‒107. Этого достаточно для того, чтобы наблюдение
не нарушалось при воздействии на прибор прожектора с силой света до 4 · 106 кд,
а также для ведения наблюдения и в дневных условиях при уровне естественной
1.3. Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 25
освещенности 5 · 104‒105 лк — ясный солнечный день. Таким образом, АИ-режим
позволяет реализовать круглосуточное наблюдение [1.3.1].
Изменение величины задержки позволяет выделять либо подсвечиваемый
объект наблюдения, либо подсвечиваемый ближний фон за ним. В первом случае
оператор видит светлый объект на темном фоне — изображение объекта в «поло-
жительном» контрасте. Во втором случае — темный силуэт наблюдаемого объекта
на светлом фоне — изображение объекта в «отрицательном» контрасте. С энер-
гетической точки зрения выгоднее наблюдать в «отрицательном» контрасте, так
как обычно природные фоны имеют более высокий коэффициент яркости, чем
наблюдаемый объект, и, следовательно, для достижения требуемой дальности
действия необходима меньшая сила света осветителя. Но при этом теряются мно-
гие информативные признаки объекта, так как виден только его силуэт (внешний
контур), а нижняя часть сливается с фоном. Кроме того, ближнего фона может
и не быть (если объект проецируется на фоне неба, например), поэтому наиболее
универсально наблюдение в «положительном» контрасте, для которого и приво-
дятся обычно все данные по дальности действия [1.3.1].
AИ ПНВ может работать в пассивном, активно-непрерывном и в активно-
импульсном режимах (в зависимости от внешних условий). Недостатком АИ-ре-
жима является ограниченность глубины просматриваемого пространства, опреде-
ляемой длительностью строба, а также тем, что поле зрения в АИ-режиме равно
только углу подсвета лазерного осветителя. Из энергетических соображений этот
угол не может быть большим и обычно не превышает 1‒3°.
Таким образом, для обнаружения наблюдаемого объекта приходится вести
поиск как по полю, так и по глубине, что приводит к совершенно неприемлемым
затратам по времени. Поэтому поиск ведут обычно в более широкопольном пас-
сивном режиме. Дальность обнаружения объекта обычно в 1,3‒1,5 раза превы-
а б в
Рис. 1.3.3. Изображение мишени, имитирующей ростовую фигуру человека (РФЧ) при
работе АИ ПНВ в условиях тумана в режимах: а) пассивном, б — активно-непрерывном;
в) активно-импульсном (АИ). Преимущество АИ-режима здесь очевидно
а б в
Рис. 1.3.4. Изображение при работе АИ ПНВ в АИ-режиме танка (борт) (А), шлюпки
с гребцами (б), РФЧ (в): слева — реальная РФЧ, справа — ее мишень
26 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
шает дальность его распознавания. Поэтому в пассивном режиме объект только
обнаруживают, а распознают его и измеряют дальность в АИ-режиме, который
имеет перед пассивным режимом преимущество по дальности. Если это невоз-
можно из-за низкой освещенности, то поиск ведут в активно-непрерывном режи-
ме, а при низкой прозрачности привлекают какой-либо дополнительный канал
поиска. Круглосуточный поиск объектов можно вести по бликам лазерного из-
Рис. 1.3.6. Внешний вид АИ би-
нокля НИИ «Полюс»
Рис. 1.3.7. Внешний вид
АИ бинокля ОАО «Де-
дал»
Рис. 1.3.5. Внешний вид малогабаритного АИ ПНВ
с 10-модульным осветителем НИИПФ
Рис. 1.3.10. Внешний вид
подводной АИ НТВС
ОАО «ТУРН»
Рис. 1.3.11. Внешний
вид АИ НТВС с ди-
станционной пере-
дачей изображения.
ФГУП СКБ ТНВ НТЦ
НПО «Орион»
Рис. 1.3.12. Внешний вид АИ
ночной прибор командира тан-
ка АИ ТКН. ОАО ЦКБ «Точ-
прибор»
Рис. 1.3.9. Внешний вид АИ НТВС
ФГУП СКБ ТНВ НТЦ НПО «Орион»
Рис. 1.3.8. Внешний
вид переносного АИ
ПНВ с 4-модульным
осветителем ЦКБ
«Точприбор»
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 27
лучения подсвета, отраженного от оптических или оптико-электронных средств
этих объектов. Дальность обнаружения объектов по бликам может достигать не-
скольких километров [1.3.1].
На рис. 1.3.3. и 1.3.4 представлены характерные изображения в АИ ПНВ, а на
рис. 1.3.5‒1.3.12 — внешний вид ряда АИ ПНВ.
Список литературы
1.3.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.3.2. Волков В. Г. Применение активно-импульсных приборов наблюдения для
видения бликующих элементов. Вопросы обороной техники, серия 11,
1995 г. — Вып. 1‒2 (144‒145). — С. 3‒7.
1.3.3. Мираж-1200. Прибор обнаружения оптических и оптоэлектронных систем
и круглосуточного видения. Проспект НПЦ Транскрипт. — Москва, 2001.
1.3.4. Гольченко А. Н., Олихов И. М. Полупроводниковый лазер с электронной
накачкой — новый короткоимпульсный источник излучения // Электрон-
ная промышленность, 1996. — № 3. — С. 65‒70.
1.3.5. Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф., Лелейкин В. И., Плешков А. А. Активно-
импульсный переносной телевизионный прибор наблюдения с дистанци-
онной передачей изображения // Прикладная физика, 1999. — Вып. 2. —
С. 146‒150.
1.3.6. Волков В. Г. Активно-импульсные приборы ночного видения // Специаль-
ная техника, 2002. — № 3. — С. 2‒11.
1.3.7. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.3.8. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.3.9. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.4. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òåïëîâèçèîííûõ ïðèáîðîâ (ÒÂÏ)
Тепловизионные приборы (ТВП) — это устройства, позволяющие наблюдать
объекты за счет наличия у них радиационного (теплового) контраста с фоном
[1.4.1‒1.4.16].
Принцип действия ТВП основан на преобразовании естественного теплового
излучения от объектов и местности в видимое изображение. Обязательным усло-
вием его формирования является наличие температурного контраста между объ-
ектом и местностью (фоном), а в пределах контура объекта — между его отдель-
ными элементами. Современные ТВП способны воспринимать температурные
контрасты до 0,05‒0,1 К [1.4.9‒1.4.16].
28 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ТВП имеют целый ряд достоинств: обеспечение больших дальностей виде-
ния независимо от уровня естественной освещенности, что позволяет им рабо-
тать круглосуточно, возможность работы в условиях интенсивных световых помех
и до определенной степени — при пониженной прозрачности атмосферы (туман,
дождь, снегопад, пыль, дым и пр.). Эти приборы способны воспринимать тепло-
вое излучение от объектов через среды, непрозрачные для видимого или ближнего
ИК-излучения, но прозрачные для теплового излучения: листва, маскировочные
сети, небольшой слой земли, нагромождение предметов и пр. Это дает возмож-
ность наблюдать замаскированные или скрытые объекты.
К недостаткам ТВП-приборов следует отнести зависимость их дальности дей-
ствия от температурных контрастов, низкое геометрическое разрешение, плохое
воспроизведение линии горизонта, защищенность только от тех световых помех,
спектральная область которых не совпадает с рабочим спектральным диапазо-
ном прибора, высокую сложность, значительную стоимость. Кроме того, ТВП
работают при пониженной прозрачности атмосферы при условии, что размеры
рассеивающих ее частиц не соизмеримы с рабочими длинами волн ТВП. Специ-
фичность ТВП-изображения требует определенных навыков работы с прибором
[1.4.9‒1.4.16].
ТВП широко используются в специальной технике для наблюдения, прице-
ливания, вождения транспортных средств ночью и при ограниченных условиях
видимости (дымка, туман, дождь, снегопад, пыль, дым, наличие световых помех
и пр.).
Условно ТВП в зависимости от их дальности действия можно разбить на три
группы [1.4.15]:
1 — ТВП малой дальности действия: до 0,7‒1 км по ростовой фигуре человека
и до 1,5‒2 км по автомашине,
2 — ТВП средней дальности действия: соответственно — 1,2‒1,5 км и 2‒4 км,
а также до 8 км по самолету,
3 — ТВП повышенной дальности действия, превышающей значения, указан-
ные в п. 2.
К приборам первой группы относятся ТВП для легкого стрелкового оружия,
наголовные и удерживаемые в руках ТВП наблюдения. К приборам второй груп-
пы относятся ТВП прицелы для переносных ракетных комплексов, удерживаемые
в руках и переносные ТВП наблюдения. К приборам третьей группы относятся
ТВП возимые для наземных транспортных средств, корабельные и авиационные
приборы наблюдения и прицеливания.
ТВП с 60-х годов ХХ века развивались по двум основным направлениям: с ис-
пользованием дискретных приемников излучения совместно с механическими
системами сканирования (развертки) изображения и приборов без механического
сканирования. При этом можно выделить 5 поколений ТВП.
Нулевое поколение основано на применении одиночных приемников излуче-
ния и двумерной развертки изображения с помощью сканирующей оптико-меха-
нической системы. Блок-схема ТВП нулевого поколения дана на рис. 1.4.1.
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 29
Первое поколение связано с применением одномерных линеек фотоприем-
ников и одномерной оптико-механической развертки изображения. Блок-схема
ТВП 1-го поколения дана на рис. 1.4.2.
Второе поколение ТВП характеризуется применением матриц фотоприемни-
ков в виде 2‒6 линеек с ВЗН (временная задержка и накопление) и одномерной
оптико-механической развертки изображения. Блок-схема ТВП 2-го поколения
дана на рис. 1.4.3. Главное отличие ТВП 2-го поколения от 1-го: выходной сиг-
нал в ТВ-формате здесь создается модулем цифровой обработки (МЦО) в самом
фотоэлектронном модуле. Переход от одного ТВП к другому осуществляется
простым перепрограммированием МЦО. ТВП 2-го поколения включают микро-
Рис. 1.4.1. Блок-схема ТВП нулевого поколения: ФП — фотоприемник одноэлементный,
СР — система развертки изображения по двум координатам, ПУ — предусилитель, ГКМ —
газовая криогенная машина, БЭО — блок электронной обработки, ВИП — вторичный
источник питания, М — мотор с приводом
Рис. 1.4.2. Блок-схема ТВП 1-го поколения: ФП — линейка фотоприемников, СР — систе-
ма развертки изображения по 1-й координате, ПУ — предусилитель, ГКМ — газовая крио-
генная машина, МУК — модуль управления и коммутации, МВИП — модуль вторичных
источников питания, М — мотор с приводом
30 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
процессорные устройства, которые осуществляют вторичную (после мульти-
плексирования и выхода из холодной зоны) электронную обработку фотосигна-
лов, включающую аналого-цифровое преобразование, усиление, компенсацию
постоянной составляющей фотосигналов, компенсацию разброса вольтовой чув-
ствительности интерполяцию или замену отсчетов «не работающих» элементов,
формирование прицельной марки, кодирование изображения в условные цвета,
обновление калибровочных, корректирующих коэффициентов при изменении
фоновой освещенности для компенсации постоянной составляющей, формиро-
вание импульсов управления и питающих напряжений фотоприемного устрой-
ства (ФПУ), которое имеет на периферии кремниевые охлаждаемые микросхемы.
Они осуществляют функции накопления фототока одновременно от всех фото-
чувствительных элементов (ФЧЭ) и мультиплексирование сигналов, полученных
за предыдущий цикл накопления, на выходные шины. В модуле электронной об-
работки (МЭО) сигналы поступают на вход АЦП и оцифровываются. После этого
осуществляется операция временной задержки и суммирования сигналов в спе-
циальных программируемых логических микросхемах (ПЛИС). В простейшем
случае МЭО должен обеспечивать функции вычитания фоновой составляющей,
селекцию данных, отобранных по определенным признакам «не работающих»
элементов, усиление и ряд других функций. После этого фотосигналы с помощью
АЦП переводились в цифровой код и проходили обработку в специальном ми-
кропроцессоре. Уже к концу 90-х годов были получены образцы ФПУ, где число
«не работающих» каналов не превышало 2‒5 % [1.4.15].
Третье поколение ТВП основано на применении «смотрящих» двумер-
ных многоэлементных фокально-плоскостных матриц (ФПМ) фотоприем-
ников (FPA — Focal Plane Array) без использования оптико-механических си-
стем развертки изображения. Блок-схема ТВП 3-го поколения представлена
Рис. 1.4.3. Блок-схема ТВП 2-го поколения: ФП — линейки фотоприемников, СР — систе-
ма развертки изображения по 1-й координате, ПУ — предусилитель, ГКМ — газовая крио-
генная машина, АЦП — аналого-цифровой преобразователь, МЭО — модуль электронной
обработки, МЦО — модуль цифровой обработки, МВИП — модуль вторичных источников
питания, М — мотор с приводом, АЧТ — абсолютно черное тело
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 31
на рис. 1.4.4. Наличие элементов 3 и 13 необязательно и зависит от типа прибо-
ра. Неоднородности сигналов элементарных фотоприемников матрицы пред-
варительно корректируются в аналоговой форме, преобразуются в цифровую
форму и окончательно корректируются с использованием данных, полученных
в процессе калибровки. Далее сигналы исправляются (возможно вычитание
неработающих элементов матрицы с их заполнением) и направляются в блок 10
формирования изображения. На его выходе информация выдается либо в каче-
стве видеосигнала, направляемого в ТВ-монитор, либо в цифровой форме для
передачи в персональный компьютер. Для глубокого (криогенного) охлажде-
ния матрицы (Т = 75‒80 К) используется газовая холодильная машина, рабо-
тающая по замкнутому циклу Сплит-Стирлинга. Для неглубокого охлаждения
(Т = 150‒250 К) или термостабилизации работы неохлаждаемой матрицы ис-
пользуется система термоэлектрического охлаждения. Основными преимуще-
ствами этих приборов являются: отсутствие оптико-механической развертки
изображения и, соответственно, малые масса, габариты и энергопотребление,
бесшумная, работа, высокое отношение сигнал/шум и качество изображения,
широкий динамический диапазон, возможность связи с современными ком-
пьютерами, видео- и ТВ-аппаратурой, цифровая обработка изображения в ре-
альном масштабе времени [1.4.15].
Четвертое поколение ТВП характеризуется применением разноцветных
ФПМ, работающих в двух или нескольких областях спектра одновременно. Та-
кой режим работы позволяет использовать все преимущества различных областей
спектра и с помощью микропроцессорной техники сформировать интегрирован-
Рис. 1.4.4. Блок-схема ТВП 3-го поколения: 1 — ИК-объектив, 2 — матрица ИК-фото-
приемников, 3 — блок охлаждения или термостабилизации матрицы, 4 — предусилители,
5 — мультиплексор, 6 — аналоговый корректор неоднородности сигналов, 7 — аналого-
цифровой преобразователь, 8 — цифровой корректор неоднородности сигналов, 9 — кор-
ректор неработающих элементарных фотоприемников матрицы, 10 — блок формирования
изображения с микропроцессорной обработкой видеосигнала, 11 — ТВ-монитор, 12 — ци-
фровой выход для подключения к персональному компьютеру, 13 — окулярная система,
14 — тактовый генератор, 15 — первичный источник питания (аккумуляторная батарея)
32 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ное изображение, обеспечивающее более высокую информативность, чем ТВП
3-го поколения [1.4.15]. Такие ТВП находятся в стадии разработки.
Выпускаемые за последние годы ТВП относятся главным образом ко второму
и третьему поколениям, хотя выпускаются ТВП и более ранних поколений.
Разновидностью ТВП являются современные малогабаритные теплообнару-
жители. Они отличаются от обычных ТВП низкой разрешающей способностью,
т. к. предназначены не для распознавания, а только для обнаружения в поле зре-
ния прибора теплоизлучающих объектов. Вместо изображения оператор наблю-
дает на экране индикатора теплообнаружителя светящуюся точку, сигнализиру-
ющую о теплоизлучающем объекте. Теплообнаружители имеют меньшие массу,
габариты и стоимость по сравнению с ТВП. Как правило, теплообнаружители
не применяются автономно, а используются в составе приборного комплекса,
содержащего канал распознавания.
Для лучшего производственного освоения ТВП в 70-е годы ХХ века были раз-
работаны и внедрены в производство стандартные общие модули. Первоначально
они были разработаны для ТВП 1-го поколения одновременно в США и в странах
Западной Европы — Германии, Франции и Великобритании. Производятся об-
щие модули ТВП и в России. Общие модули ТВП в США и Германии именуются
Common Module (СМ), во Франции — Systeme Modulaire (SMT), в Великобрита-
нии — Thermal Imaging Common Module (TICM).
В состав ТВП 1-го поколения входит модульный блок детектор/Дьюар с от-
дельным блоком неохлаждаемых предусилителей. В США и в Германии число
элементов в линейках КРТ-фотодетекторов было стандартным — 60, 120, 180,
во Франции — обычно 55 элементов в линейке, в Великобритании — от 24 до 88
элементов в линейке (TICM, Class II). Кроме общих модулей ФПУ, были разрабо-
таны следующие общие модули [1.4.18]:
• ИК-объективы,
• оптико-механические системы развертки изображения,
• системы охлаждения ФПУ (сосуды Дьюара, микрокриогенные системы
(МКС) — газовые холодильные машины Сплит-Стирлинг, системы Джоу-
ля — Томсона, МКС Гиффорда — МакМагона, термоэлектрические охла-
дители),
• блоки электронной обработки фотосигналов,
• индикаторы изображения (на основе ЭЛТ, ЖК-индикаторы, OLED-инди-
каторы и др.),
• окулярные системы,
• блоки вторичного питания (преобразователи напряжения первичных ис-
точников питания в рабочее напряжение ТВП,
• источники первичного питания (аккумуляторные батареи),
• стандартные узлы крепления (кронштейны, штативы, треноги и др.).
На рис. 1.4.5‒1.4.14 — внешний вид типичных ТВП, на рис. 1.4.15‒1.4.19 —
характер изображения различных объектов, наблюдаемых в ТВП.
Работа ТВП осуществляется в двух спектральных диапазонах: 3‒5,5 мкм
и 8‒14 мкм. Эти диапазоны соответствуют окнам прозрачности атмосферы. В об-
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 33
ласти спектра 3‒5 мкм располагается максимум спектральной характеристики
излучения работающих авиационных двигателей. В диапазоне 3‒5 мкм по срав-
нению с диапазоном 8‒14 мкм существенно меньше влияние естественного
земного фона. В области длин волн вблизи 4,5 мкм обнаруживается максимум
спектральной характеристики излучения ракетных факелов межконтиненталь-
Рис. 1.4.5. Носимый ТВП
«ИРТИС-2000» 0-го поко-
ления
Рис. 1.4.7. Танковый
ТВП прицел 2-го по-
коления «Агава»
Рис. 1.4.6. а) Возимый ТВП наблюдения 1-го поколения
«Акация»; б) Возимый ТВП наблюдения 2-го поколения
«Пособие-2»
а б
Рис. 1.4.8. ТВП прицел для наведения
ПТУРС
Рис. 1.4.9. Переносной
ТВП 1-го поколения
Рис. 1.4.11. ТВП бинокль
3-го поколения
Рис. 1.4.12. ТВП очки ночного
видения TIG-7
Рис. 1.4.10. Возимый
ТВП 3-го поколения
34 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
Рис. 1.4.13. ТВП Therm-App для смартфона
Рис. 1.4.15. Изображение фигуры чело-
века в ТВП
Рис. 1.4.16. Изображение автомашин
в ТВП
Рис. 1.4.17. Изображе-
ние танка в ТВП
Рис. 1.4.18. Изображение верто-
лета в ТВП
Рис. 1.4.19. Изображение
самолета в ТВП
Рис. 1.4.14. ТВП прицел для легкого стрел-
кового оружия
ных баллистических ракет на средних после старта высотах полета в атмосфере.
Область спектра 3‒5 мкм благоприятна с точки зрения работы при повышенной
влажности атмосферы (над водой, в джунглях). В диапазоне длин волн 8‒14 мкм
находится максимум спектральной характеристики излучения объектов с относи-
тельно низкой, близкой к человеческому телу температурой. Тела с температурой
в интервале 0‒40 °C испускают довольно интенсивное ИК-излучение в полосе
8‒25 мкм с максимумом, лежащем в диапазоне 9‒12 мкм [1.4.17].
Для лучшего производственного освоения ТВП в 70-е годы ХХ века были раз-
работаны и внедрены в производство стандартные общие модули. Первоначально
они были разработаны для ТВП 1-го поколения одновременно в США и в стра-
нах Западной Европы — Германии, Франции и Великобритании. Производятся
общие модули ТВП и в России.
Общие модули ФПУ до настоящего времени используются в действующих
ТВП гражданского и военного назначения. Общие модули ФПУ с числом элемен-
тов 60 применяются в основном в системах наблюдения, 120-элементные — в при-
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 35
целах танков и других объектов бронетанковой техники, 80-элементные — в при-
целах самолетов и вертолетов. По программам модернизации ТВП происходит
замена общих КРТ-модулей на КРТ-модули для ФПУ с временем задержки и на-
копления (ВЗН) для ТВП модулей 2-го поколения и для ТВП модулей 3-го поко-
ления [1.4.18].
Общие модули SPRITE ФПУ приняты в Великобритании в качестве «общих
модулей» 2-го класса (TICM II, Class II) для ТВП 1-го поколения. В Великобри-
тании ТВП на основе SPRITE ФПУ называют ТВП поколения 1+ (1 plus), подчер-
кивая их превосходство перед линейками ФПУ 1-го поколения. Классические
общие модули TICM II — это 8-элементные SPRITE ФПУ для области спектра
8‒12 мкм и МКС Сплит-Стирлинга или МКС Джоуля — Томсона. SPRITE ФПУ
для области спектра 3‒5 мкм с ТЭО получили гораздо меньшее распростране-
ние [1.4.18].
Наибольшее распространение приобрели ТВП 3-го поколения. В них отсут-
ствует модуль оптико-механической развертки изображения, а присутствуют мо-
дули ТВП камер. Они делятся на MWIR и LWIR модули.
Модуль MWIR (Middle Wave Infra Red) работает в области спектра 3‒5 мкм,
а модуль LWIR (Long Wave Infra Red) — в области спектра 8‒12 мкм.
В соответствии с реализацией российской программы «Инфравид» предло-
жены 5 основных классов ТВП и, соответственно, модули ФПУ, образуя параме-
трический ряд ТВП модулей ФПУ 2-го и 3-го поколений [1.4.19]. Их параметри-
ческий ряд представлен в табл. 1.4.1.
Список литературы
1.4.1. Эккарт Ф. Электронно-оптические преобразователи изображений и усили-
тели рентгеновского изображения. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1961. — 240 с.
1.4.2. Иванов А. В., Тяпкин Б. В. Инфракрасная техника в военном деле. — М.:
Советское радио, 1963. — 359 с.
Таблица 1.4.1. Параметрический ряд ТВП модулей ФПУ 2-го и 3-го поколений
Класс Типы ТВП
Модули
ТВП 2-го
поколения
Модули
ТВП 3-го
поколения
0
ТВП системы детальной разведки воздуш-
ного, морского и наземного базирования,
прицельные системы самолетов
8288 (КРТ) 1024640 (КРТ)
1
Обзорно-прицельные ТВП системы верто-
летов, бронетанковых и морских объектов
обнаружения
4288 (КРТ) 768376 (КРТ)
2 ТВП вождения, пилотирования, прицелы
артиллерии, БМП и БТР
2288 (256)
(КРТ) 384288 (КРТ)
3 Переносные ТВП для сухопутных войск – 256256 (InSb,
КРТ, PtSi)
4 Малогабаритные носимые ТВП (PbS, PbSe) 320240 (МБМ)
36 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
1.4.3. Фишман Р. Электронное ночное зрение: как видеть в темноте. — URL:
www.popmech.ru.
1.4.4. Инфракрасные приборы ночного видения в Германии. www.cnseries.ru.
1.4.5. История приборов ночного видения. www.studfi les.ru/preview/994572.
1.4.6. Применение приборов ночного видения вовремя 2-й мировой войны. Makarih-
203.livejournal.com/401099.html.
1.4.7. Советские ИК-приборы ночного видения (ПНВ) во Второй мировой вой-
не. gmorder.livejournal.com/161112.html.
1.4.8. Краткая история создания ПНВ. Armyman/info/stati/26492.
1.4.9. Ллойд Д. Системы тепловидения. — М.: Мир, 1978.
1.4.10. Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Тенденции развития тепловизионных
систем второго и третьего поколений // Оптико-электронные системы
визуализации и обработки оптических изображений, 2001. — Вып. 1.
1.4.11. Алев Р. М., Иванов В. П., Овсянников В. А. Несканирующие тепловизион-
ные приборы. Основы теории и расчета. — Казань: Изд-во Казанск. ун-та,
2004. — 228 с.
1.4.12. Госсорг Ж. ИК термография. — М.: Мир, 1988.
1.4.13. Макаров А. С., Омелаев А. И., Филиппов В. Л. Введение в технику раз-
работки и оценки сканирующих тепловизионных систем. — Казань: Уни-
пресс, 1988. 310 с.
1.4.14. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных
условиях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.4.15. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.4.16. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.4.17. Пономаренко В. П. Квантовая фотосенсорика. — М.: АО «НПО «Орион»,
2018. — 648 с.
1.4.18. Ушакова М. Б. Зарубежные тепловизионные приборы первого, второго
и третьего поколений // Прикладная физика, 2004. — Часть 1. — № 4. —
С. 70‒78.
1.4.19. Бурлаков И. Д., Пономаренко В. П., Филачев А. М., Дегтярев Е. В. Фото-
приемные устройства для тепловизионной аппаратуры второго поколе-
ния // Прикладная физика, 2007, № 2. — С. 44‒53.
1.5. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ìíîãîêàíàëüíûõ ÏÂÈ (ÌÏÂÈ)
Для обеспечения всепогодности, круглосуточности, высокой помехозащищенно-
сти, а также повышения вероятности обнаружения и опознавания потребовалось
создание нового поколения ПВИ, включающих один или несколько независимых
оптико-электронных каналов. Такие ПВИ называются комбинированными, ком-
плексированными или интегрированными, а в общем случае — многоканальными
ПВИ (МПВИ). Ни один из самостоятельных низкоуровневых каналов визуализа-
1.5. Принцип действия многоканальных ПВИ (МПВИ) 37
ции изображения не обеспечивает всей совокупности требований, стоящих перед
приборами видения ночью. Обеспечение выполнения этих требований возможно
при совместном использовании различных оптико-электронных приборов, вклю-
чающих различные дополняющие друг друга каналы, то есть путем комбинирова-
ния и комплексирования [1.5.1‒1.5.5].
Анализ отдельных каналов визуализации изображений показал, что классиче-
ские ПНВ на ЭОП имеют высокое разрешение, высокие коэффициенты усиления
яркости, привычные для восприятия контрасты изображения, но сильную зависи-
мость дальности действия и качества изображения от освещенности, прозрачности
атмосферы, контрастов; активно-импульсный канал имеет высокую помехозащи-
щенность, однако демаскирует себя, имеет относительно узкое поле зрения, край-
не затруднительный поиск цели; ТВП обеспечивают большие поля зрения, боль-
шие дальности обнаружения, высокую помехозащищенность, но непривычный
для восприятия вид изображения. Кроме этого, при высокой влажности, отсут-
ствии заметных изменений температуры видимость цели в ТВП резко ухудшается.
В ТВП часто не видна линия горизонта, они имеют высокую стоимость.
НТВС позволяют выводить изображение на монитор, осуществлять обработку
изображения в реальном масштабе времени, но они обладают всеми известными
недостатками ПНВ.
Поэтому наиболее эффективным является сочетание в МПВИ каналов, ра-
ботающих на различных принципах или в различных спектральных диапазонах.
Эти каналы должны были быть подобраны так, чтобы недостатки одних каналов
компенсировались бы достоинствами других. Это увеличивает эффективность
системы, особенно в условиях использования маскировки целей и активного про-
тиводействия оптико-электронным средствам, так как создать помехи в широкой
области спектра и обеспечить эффективную маскировку крайне сложно.
МПВИ делятся на комплексированные, комбинированные и интегриро-
ванные.
Комплексированные МПВИ состоят из двух или нескольких каналов, рабо-
тающих в различных спектральных диапазонах и объединенных по конструктив-
но-механическому принципу. Эти каналы имеют одно общее входное окно или
несколько различных окон для разных спектральных областей. При этом каждый
канал может работать самостоятельно в соответствии с его принципиальными
возможностями. Информация выводится на отдельные дисплеи, соответствую-
щие каждому каналу, или на единый дисплей, снабженный переключателями ка-
налов. Совместная обработка информации, поступающей из отдельных каналов,
отсутствует. МПВИ может быть смонтирован в нескольких корпусах, но устанав-
ливается на едином носителе.
Комбинированные МПВИ состоят из двух или нескольких каналов, работа-
ющих в различных спектральных диапазонах и объединенных не только по кон-
структивно-механическому принципу, но и с частичным совмещением оптиче-
ских осей, с наличием единого входного окна и с представлением информации
на различных или общем дисплее. МПВИ смонтирован в едином корпусе. Каж-
дый канал может работать самостоятельно.
38 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
В интегрированных МПВИ осущест-
влено объединение различных каналов
на основе общей оптической системы,
а также системы обработки и представ-
ления интегрированного изображения
на единый индикатор. При этом инте-
грированное изображение формируется
на основе анализа сигналов с различных
каналов по специфическим их признакам.
Такое изображение формируется на основе
суммирования наиболее информативных
признаков изображений с отдельных кана-
лов с помощью микропроцессорной обра-
ботки изображений в реальном масштабе
времени.
Наиболее удачным сочетанием явля-
ется использование оптических осей в
многоканальной системе совместно ТПВ
и АИ ТВ-каналов. Такое сочетание обес-
печивает круглосуточную и всепогодную
работу, продолжающуюся также и при
наличии световых и пыле-дымовых по-
мех, позволяет с высокой точностью изме-
рять дальности до наблюдаемых объектов,
а также такие важные их параметры, как
скорость движения и координаты. В такой
системе сравнительно легко может быть
реализована ее адаптивность, возможность
автоматизированного контроля ее параме-
тров и модульный принцип построения.
Использование изображений НТВ и ТПВ
каналов с единого ТВ-монитора позволяет перейти к интегрированной систе-
ме, а применение дополнительной ЭВМ — и к полностью автоматизированному
устройству [1.5.3, 1.5.4].
Таким образом, существуют реальные возможности повысить эффективность
разработки МПВИ за счет рационального построения их схем.
На рис. 1.5.1 представлен многоканальный ночной бинокль, состоя-
щий из ТВП, НТВС, цветного дневного и лазерно-дальномерного каналов.
На рис. 1.5.2. представлен установленный на треноге переносной МПВИ, состоя-
щий из таких же каналов, но с большей дальностью действия. На рис. 1.5.3 пока-
зан возимый МПВИ, состоящий из ТВП, НТВС и лазерно-дальномерных каналов
с повышенной дальностью действия. Все МПВИ имеют встроенный цифровой
магнитный компас и систему GPS.
Рис. 1.5.1. Многоканальный ночной
бинокль
Рис. 1.5.2. Переносной МПВИ
Рис. 1.5.3. Возимый МПВИ
1.5. Принцип действия многоканальных ПВИ (МПВИ) 39
Список литературы
1.5.1. Краткая история создания ПНВ. Armyman/info/stati/26492.
1.5.2. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.5.3. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.5.4. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.5.5. Алешин Б. С., Бондаренко А. Б., Волков В. Г., Драб Э. С., Цибулькин Л. М.
Оптические приборы наблюдения, обработки и распознавания объектов
в сложных условиях. — М: ГНИИАС, 1999. — 139 с.
ÃËÀÂÀ 2
ÝËÅÌÅÍÒÛ ÏÐÈÁÎÐÎÂ
ÍÎ×ÍÎÃÎ ÂÈÄÅÍÈß
2.1. Îáúåêòèâû
2.1.1. Основные параметры и характеристики
К оптическим системам ПНВ относятся объективы, оптика для осветителей и це-
леуказателей, а также окулярные системы. Рассмотрим основные параметры объ-
ективов.
1а. Относительное отверстие. Оно равно отношению диаметра входного зрачка
объектива к его фокусному расстоянию. Например, при диаметре входного зрач-
ка 50 мм и фокусном расстоянии 100 мм относительное отверстие равно: О = 1:2.
Это справедливо для линзового объектива. Для зеркально-линзового объектива
различают геометрическое и эффективное относительное отверстие. Геометриче-
ское относительное отверстие определяется так же, как сказано выше. Понятие
«эффективное относительное отверстие» вводится из-за наличия в центральной
части входного зрачка зеркально-линзового объектива мертвой нерабочей зоны.
В результате рабочей зоной является кольцевая часть входного зрачка, внутрен-
ний диаметр которой равен диаметру нерабочей зоны, а внешний диаметр равен
диаметру входного зрачка. С учетом этого эффективное относительное отверстие
равно отношению диаметра круга, площадь которого равна площади рабочей
кольцевой зоны, к фокусному расстоянию объектива. Это относительное отвер-
стие определяет эффективный световой поток, который проходит через входной
зрачок зеркально-линзового объектива.
1б. Фокусное расстояние fоб., мм. Определяет масштаб изображения и угол
поля зрения ПНВ. Масштаб изображения (увеличение) Г в ПНВ определяется
по формуле:
Г = (fоб./fок.) · Гэ, (2.1.1.1)
где fок. — фокусное расстояние окуляра ПНВ, мм, Гэ — электронно-оптическое
увеличение ЭОП, крат.
Из формулы (2.1.1.1) следует, что масштаб изображения тем больше, чем
больше фокусное расстояние объектива.
Различают объективы с постоянным фокусным расстоянием и с перемен-
ным фокусным расстоянием — панкратические объективы (вариообъективы или
ZOOM-объективы). Фокусное расстояние может меняться плавно или ступенчато
в зависимости от типа объектива.
2.1. Объективы 41
2. Угол поля зрения 2, град. Он определяет угловой размер пространства объ-
ектов. Для ПНВ угол поля зрения объектива выбирается из соотношения:
2 = 2 arctg(dфк/2fоб.), (2.1.1.2)
где dфк — диаметр фотокатода ЭОП, мм.
Из формулы (2.1.1.2) видно, что чем больше фокусное расстояние объектива,
тем меньше его угол поля зрения. Таким образом, требование возрастания уве-
личения ПНВ за счет роста фокусного расстояния его объектива и одновременно
требование возрастания угла поля зрения противоречат друг другу.
3. Спектральный рабочий диапазон (диапазон ахроматизации) , мкм или
нм. Определяет рабочую область спектра, в пределах которого исправлены абер-
рации объектива, и прежде всего хроматическая аберрация. Выбирается равным
рабочей спектральной области фотокатода ЭОП.
4. Расчетная длина волны р, мкм или нм. Для нее при расчете обеспечива-
ется наилучшее качество изображения объектива. Первоначально она выбиралась
равной максимуму спектральной чувствительности фотокатода ЭОП. Однако это
оказалось не вполне корректно, т. к. для ПНВ важна та область спектра, где до-
стигается наибольший природный контраст объекта наблюдения с окружающим
его фоном [2.1.1.1]. Эта область сдвинута в инфракрасный диапазон длин волн.
С учетом этого и выбирают расчетную длину волны. Подробнее об этом изложено
ниже.
Первоначально требования к величине расчетной длины волны р и диапа-
зону ахроматизации объектива назначались, исходя из спектральных харак-
теристик фотокатода ЭОП: расчетная длина волны совпадала с длиной волны,
соответствующей максимуму спектральной чувствительности фотокатода, а диа-
пазон ахроматизации соответствовал спектральным границам чувствительности
фотокатода и спектральной характеристике пропускания атмосферы. Однако та-
кой подход не учитывал спектральной характеристики естественной ночной осве-
щенности (ЕНО), яркости ночного неба, а также спектральных характеристик
коэффициентов яркости типовых объектов наблюдения и фонов. И те, и дру-
гие характеристики обладали повышенными значениями в ближней ИК-обла-
сти спектра. Соответственно этому именно там наблюдался и рост уровня ЕНО,
и рост природных контрастов объектов на окружающих их фонах [2.1.1.1]. В свя-
зи с этим изменилась и расчетная длина волны — она стала 0,8 мкм. Диапазон
ахроматизации уже не охватывал всю видимую область спектра, т. к. там не было
существенного выигрыша по указанным выше характеристикам, зато преобладал
рассеянный свет, снижающий контраст в изображении. Из-за этого оказалось
целесообразным установить перед фотокатодом ЭОП красные отсекающие филь-
тры КС-17 или КС-19. Соответственно этому диапазон ахроматизации сузился
до 0,6‒0,9 мкм (многощелочные фотокатоды ЭОП поколений 1; 2; 2+; 2++; 3)
и 0,6‒1,1 мкм (фотокатоды ЭОП поколения 3+) [2.1.1.1]. Для фотокатодов ЭОП
поколения 4, для которых характерен сдвиг спектральной чувствительности в об-
ласть спектра 1,3‒2,3 мкм [2.1.1.1], наблюдается еще больший рост уровня ЕНО
42 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
и природных контрастов, сопровождающихся также повышением пропускания
атмосферы. Та же тенденция сохранялась и для объективов, используемых для
работы с матрицей ПЗС либо с матрицей фотоприемников на основе соединения
InGaAs [2.1.1.1]. В связи с этим расчетная длина волны объективов для кремние-
вых матриц ПЗС сохранялась 0,8 мкм при диапазоне ахроматизации 0,4‒1,1 мкм.
Для подводных ПНВ диапазон ахроматизации и расчетная длина волны должны
быть назначены с учетом спектральных кривых поглощения воды) [2.1.1.1]: соот-
ветственно 0,48‒0,6 мкм и 0,51‒0,546 мкм. Для новых ПНВ четвертого поколе-
ния расчетная длина волны должна быть равной 1,5 мкм при диапазоне ахромати-
зации 0,8‒1,8 мкм, а в перспективе — соответственно 1,7 мкм и 2,2 мкм.
6. Пропускание . Определяется отношением светового потока, прошедшего
через объектив, к световому потоку, падающему на его входной зрачок в пределах
спектрального рабочего диапазона объектива.
7. Коэффициент светорассеяния . Определяет паразитную освещенность
за пределами полезного изображения вследствие рассеяния света в оптических
элементах объектива и на его оптических поверхностях.
8. Предельная разрешающая способность Nпр., штр/мм. Определяет мини-
мальное расстояние между двумя точками в пространстве предметов, при котором
они еще могут быть раздельно изображены объективом в его фокальной плоско-
сти. Различают предельную разрешающую способность объектива в центре и на
краю поля зрения.
9. Частотно-контрастная характеристика Т(N). Ее называют также функцией
передачи модуляции. Она устанавливает зависимость коэффициента передачи
контраста Т(N) от пространственной частоты N, штр/мм. Различают полихрома-
тическую ЧКХ для всей рабочей области спектра объектива и монохроматические
ЧКХ для отдельных длин волн. ЧКХ рассчитывается и измеряется как для центра,
так и для края поля зрения объектива.
10. Заднее вершинное фокусное расстояние SF, мм. Оно равно расстоянию
от вершины задней оптической поверхности объектива до его фокальной плоско-
сти. Имеет значение для конструктивной стыковки объектива с ЭОП и для воз-
можной установки перед фотокатодом ЭОП светофильтра. Не следует путать этот
параметр с задним рабочим отрезком объектива — расстоянием от заднего среза
его оправы (посадочной поверхности) до фокальной плоскости.
11. Оптическая длина объектива, мм — продольное расстояние между первой
оптической поверхностью объектива и его фокальной плоскостью.
12. Масса в стекле, г, кг — суммарная масса оптических деталей объектива.
Все параметры, конструктивные характеристики, сводка аберраций и ЧКХ
объектива представляются в его оптическом выпуске.
Объективы ПНВ делятся на линзовые и зеркально-линзовые.
Для наголовных ПНВ (очки ночного видения бинокулярные и псевдобино-
кулярные, наголовные ночные монокуляры) используются линзовые объективы,
которые отличаются следующими типичными параметрами:
1) угол поля зрения 40‒50°,
2) относительное отверстие от 1:1,4 до 1:1,
2.1. Объективы 43
3) фокусное расстояние 25 или 20 мм,
4) минимальная масса и габаритные размеры.
Эти объективы обладают наибольшей сложностью из-за необходимости обес-
печить высокое качество изображения для высокой светосилы в сочетании со зна-
чительным углом поля зрения. В табл. 2.4.1 приведены основные параметры этих
объективов, а типичные схемы — на рис. 2.4.1‒2.4.3.
В зарубежной технике эти объективы содержат асферические оптические
поверхности. Нередко такие объективы выполнены с полным или частичным
применением полимерных материалов. Отечественные объективы не содержат
асферических поверхностей и оптических компонентов из полимерных материа-
лов, хотя расчеты и соответствующие оптические выпуски таких объективов име-
ются. Это вызвано высокой стоимостью изготовления асферических оптических
поверхностей и нестабильностью характеристик существующих отечественных
полимерных оптических материалов, в особенности при воздействии радиоактив-
ного излучения.
Список литературы
2.1.1.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.2. Гидрообъективы
Особо следует остановиться на гидрообъективах для очков ночного видения.
Это — объективы, рассчитанные для работы с объектами, находящимися в вод-
ной среде.
При погружении в воду ПНВ с иллюминатором он вызовет изменение угла
поля зрения и фокусного расстояния (а значит, и масштаба изображения) гидро-
объектива в соответствии с формулами [2.1.2.1]:
tg a = nw tg w (1 − tg2 w (n2
w − 1))0,5, (2.1.2.1)
fw = fa nw (1 − tg2 w (n2
w − 1))0,5, (2.1.1.2)
гдеa, w — угол поля зрения гидрообъектива в воздухе и в воде соответственно,
град.; fa, fw — фокусное расстояние гидрообъектива в воздухе и в воде соответ-
ственно, мм; nw — показатель преломления воды.
При малых углах w значение tg w 1, поэтому fw = fa · nw, т. е. масштаб изобра-
жения увеличивается в nw ~ 1,33 раза. Кроме того, он еще и изменяется по полю
зрения в соответствии с законом (1 − tg2 w (n2
w − 1))0,5 [2.1.2.1]. Это приводит к до-
полнительной дисторсии, которая при w > 30° превышает 15 %. Легко также пока-
зать, что в воде угол поля зрения уменьшается в ~1,33 раза, т. е. на ~25 %, а свето-
сила — в ~n2
w раз. В воде уменьшается фокусировка гидрообъектива для объектов,
находящихся на конечном расстоянии. Они воспринимаются как расположенные
на расстоянии в ~1,33 раза ближе к гидрообъективу, чем на самом деле.
44 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Для сохранения практически неизменным угла поля зрения гидрообъекти-
ва при перемещении ПНВ из воздуха в воду может быть использован сфериче-
ский иллюминатор. В случае его применения оптический центр гидрообъекти-
ва должен быть точно установлен в центре кривизны сферической поверхности
иллюминатора. При этом лучи света идут практически нормально к оптиче-
ской поверхности гидрообъектива, и возникают незначительные аберрации.
Однако при перемещении гидрообъектива относительно иллюминатора возни-
кают серьезные нарушения качества изображения, в особенности для больших
углов поля зрения. Для компенсации качества изображения приходится допол-
нительно использовать корректирующие линзы. Расчет такого гидрообъектива
должен быть выполнен с учетом наличия в ходе лучей сферического иллюмина-
тора и корректирующей линзы. Это приводит к усложнению конструкции гид-
рообъектива, в особенности для светосильных и широкопольных оптических
систем.
Основные параметры гидрообъективов для подводных наголовных ПНВ
представлены в табл. 2.1.3.1, а их схемы — на рис. 2.1.3.4, 2.1.3.5.
Список литературы
2.1.2.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.3. Линзовые объективы
Рассмотрим линзовые объективы. Их основные схемы представлены
на рис. 2.1.3.1‒2.1.3.10, а основные параметры приведены в табл. 2.1.3.1, 2.1.3.2.
Линзовые объективы проще в сборке и юстировке, однако обладают значитель-
ной массой и продольными габаритами, качество их изображения сравнительно
низко, в особенности на краю поля зрения. Для повышения качества изображе-
ния линзовых объективов и снижения их массы используются киноформные оп-
тические поверхности (рис. 2.1.3.10) [2.1.3.1].
Для современных очков ночного видения характерно их низкопрофильное
исполнение, когда продольные габариты прибора минимальны. Это необходимо
для разгрузки лицевой части головы оператора и его шейных мышц. Для таких
Рис. 2.1.3.1. Оптическая схема объ-
ектива «Цефей», оптический выпуск
Л70-В-11157РР, f = 20 мм, О = 1:1,
2ω = 48°
Рис. 2.1.3.2. Оптическая схема объектива
«Бизар-5», оптический выпуск Л1144-
90-В321, f = 25 мм, О = 1:1, 3, 2ω = 40°
2.1. Объективы 45
Рис. 2.1.3.3. Оптическая схема объекти-
ва с призмой, оптический выпуск Л1104-
98-В524, f = 20 мм, О = 1:1,3, 2ω = 48°
Рис. 2.1.3.4. Оптическая схема гидрообъ-
ектива «Гидробизар-1», оптический вы-
пуск Л1104-00-В582, f = 25 мм, О = 1:1,3,
2ω = 30°
Рис. 2.1.3.5. Оптическая схема гидрообъ-
ектива «Гидробизар-2», оптический выпуск
Л1104-00-В591, f = 25 мм, О = 1:1,3, 2ω = 30°
Рис. 2.1.3.7. Оптическая схема объек-
тива «Петцваль», оптический выпуск
Л1104-00-В608, f = 100 мм, О = 1:1,8,
2ω = 10°
Рис. 2.1.3.6. Оптическая схема объектива
по оптическому выпуску Л1104-00-В598,
f = 20 мм, О = 1:1,2, 2ω = 48°
Рис. 2.1.3.8. Оптическая схема объектива ЛИК-
74 К, f = 150 мм, О = 1:1, 2ω = 7°
Рис. 2.1.3.9. Оптическая схема объектива ЛИК-58, оптический выпуск Л70-В-6070,
f = 450 мм, О = 1:2, 2ω = 6°
46 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
очков необходимы объективы,
в которых оптическая ось изло-
мана один или два раза. В соот-
ветствии с этим был рассчитан
целый ряд объективов, у кото-
рых между последней по ходу
луча оптической поверхностью
и фокальной плоскостью вве-
дена призма (рис. 2.1.3.3), либо
между отдельными линзовыми
компонентами объектива име-
ется воздушный промежуток, достаточный для установки в нем одного или двух
зеркал (рис. 2.1.3.6) [2.1.3.1].
Список литературы
2.1.3.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.4. Зеркально-линзовые объективы
Существенно более высокое качество изображения, меньшие массу и продоль-
ные габариты имеют зеркально-линзовые объективы. Они обладают по сравне-
нию с линзовыми объективами рядом преимуществ [2.1.4.1]:
1) меньшие продольные габариты и масса,
2) более высокое качество изображения,
3) большая светосила,
4) более широкий диапазон ахроматизации.
Недостатки этих объективов по сравнению с линзовыми объективами:
1) больший поперечный габарит при том же эффективном относительном
отверстии, что и у аналогичного линзового объектива, за счет наличия
нерабочей центральной зоны,
2) большее виньетирование по полю, что создает трудности в создании ши-
рокоугольных объективов,
3) более жесткие требования к сборке и юстировке, в особенности при по-
вышенных требованиях к устойчивости к механическим нагрузкам,
4) наличие наружных и внутренних бленд для подавления постороннего
и рассеянного света,
5) требование учета температурной компенсации качества изображения,
6) большая стоимость.
В связи с этим зеркально-линзовые объективы используются в основном
там, где нет жестких ограничений по диаметру входного зрачка и не требуются
широкие поля зрения: в основном это ночные бинокли и зрительные трубы,
ночные прицелы для легкого стрелкового оружия, переносные ПНВ или вози-
мые ПНВ со свободной компоновкой.
Рис. 2.1.3.10. Оптическая схема объектива «Арес-9»,
f = 150 мм, О = 1:1,5, 2 = 9° (звездочкой показана
киноформная поверхность)
2.1. Объективы 47
Таблица 2.1.3.1. Основные параметры линзовых объективов для наголовных ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для точки на оси/края поля
зрения, для N, штр/мм, SF,
мм
L,
мм
Масса
в стекле,
г
Примечание
10 (15) 30 50 (40)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л46-76-В65 10,27 1:0,8 40 0,8‒1,1 1,0 0,059 4,52
Л1104-00-В592 10 1:2 80 0,6‒0,9 0,8 0,99/0,90 0,94/0,41 8,04 26,64 4,3
Л1104-00-В593 10 1:1,5 80 0,6‒0,9 0,8 0,93/0,51 0,69/0,15 6,5 28,9 7,5
Л1104-96-В464 15 1:1,2 43,6 0,486‒0,9 0,7 0,94/0,83 0,67/0,24 0,51/0,09 12,2 36,3 10
Л1104-00-В596 15 1:1,3 60 0,6‒0,9 0,8 0,97/0,54 0,75/0,21 7,7 28,8 7
Л1104-00-В578 15 1:1,25 34 0,31‒0,36 0,3371 0,80/0,73 0,53/0,30 7,0 42,7 9,2 УФ-объектив
Т18-8WW 18 1:1,1 60 0,48‒0,852 0,656 0,815/0,529 0,521/0,127 0,38/0,047 9,66 19,4
Л1144-96-В467 18,8 1:1 52 0,546‒0,9 0,7 0,96/0,78 0,74/0,38 0,56/0,23 11,6 45,1 26
Л1104-96-В462 18,8 1:1 52 0,546‒0,9 0,7 0,96/0,78 0,74/0,33 0,56/0,41 11,6 45,1 26
Л1104-00-В568 20 1:1,2 48 0,6‒0,9 0,8 0,97/0,62 0,78/0,32 12,88 47,32 20
Л1104-00-В604 20 1:1,3 48 0,6‒0,9 0,8 0,98/0,76 0,88/0,31 11,66 54,56 17,5
Л1104-97-В512 20 1:1,2 48 0,546‒0,9 0,7 0,95/0,96 0,69/0,34 0,45/0,21 15,6 43,8 20
С подвижным
компонентом 20,357 1:1,1 40 0,486‒0,9 0,7 0,80/0,41 3,078
Оптический
журнал, 2003.
№ 9. C. 43–46
Л1104-00-В580 20 1:1,3 48 0,6‒0,9 0,8 0,95/0,87 0,85/0,49 15,6 84,7 47,5 С зеркалом
внутри
Л1144-В91-352
(«Бизар-7») 20 1:1,1 40 0,486‒0,9 0,7
Л1104-98-В524 20 1:1,3 48 0,6‒0,9 0,7 0,98/0,93 0,63/0,23 11,1 65 С призмой
Л1104-97-В521 20 1:1,3 48 0,546‒0,9 0,7 0,89/0,94 0,57/0,64 10,1 120 С призмой
48 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Светосильный 20,194 1:1,2 48 0,546‒0,9 0,7 0,98/0,80 0,80/0,39 0,54/0,25 5,5 С зеркалом
внутри
Л1105-95-В458
(«Биар») 20 1:1,5 46 0,9‒1,5 1,0 0,8 0,979/0,84 0,575/0,056 11,8 35,1
Л46-81-167 20,3 1:0,99 47 0,486‒0,9 0,656 0,95/0,58 0,79/0,06 0,61/0,03 11,12
Л70-В-11157РР
(«Цефей») 20 1:1 48 0,486‒0,9 0,7 0,92/0,57 0,63/0,27 0,40/0,18 10,5 36,0 15
PG-1MS
(Нидерланды) 20 1:1 47 0,95/– 0,7/– 0,4/– 9 34,5 25 Есть
асферика
20 1:1,3 47,2 0,486‒0,9 0,7 0,78/– 10,1 97,81 С призмой
с крышей
21 1:1,08 50 0,584‒0,9 0,78 52
Эффект-1 23 1:1,1 30 0,486‒1,0 0,86/– 0,65/– 20
Л1101-В88-293
(«Бизар-3») 25 1:1,3 40 0,589‒0,9 0,8 0,94/0,15 0,67/0,00 0,52/0,00 13,37 46,37 21,4
Л1144-90-В321
(«Бизар-5») 25 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,7 0,956/0,338 0,745/0,047 0,619/0,017 12,2 45,2
Л1105-94-В445
(«Бизар-8») 25 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,8 0,989/
0,841 0,89/0,195 0,011 63,8 66,82 С призмой
Объектив ГОИ 25 1:1,23 40 0,58‒0,8 0,656 9,4 115,3 (с призмой)
101,5 (без нее) С призмой
Светосильный 25 1:1,2 40 0,546‒0,9 0,8 0,971/– 0,841/– 8,1 56 (с призмой)
31 (без нее) С призмой
Л1104-00-В582
(«Гидробизар-1») 25 1:1,3 30 0,48‒0,60 0,546 0,97/0,87 (0,81/0,62) 15,5 60,55
21 (без иллюми-
натора)
36 ( с ним)
Л1104-00-В591
(«Гидроби-
зар-2»)
25 1:1,3 30 0,48‒0,60 0,546 0,96/0,80 (0,82/0,62) 11,62 52,62
22 (без иллюми-
натора)
34 (с ним)
Таблица 2.1.3.1. (Прололжение)
2.1. Объективы 49
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
25,54 1:1,36 40 0,60‒0,90 0,8 0,88/0,88 0,30/0,06 0,40/0,10 0,001 63,68 58,57 С призмой
для ОНВ-2
Л1104-99-В545 26 1:1,44 40 0,65‒0,85 0,8 0,91/0,93 0,71/0,53 0,66/0,34 9,6 18
Л1101-87-В269 26 1:1,4 40 0,5‒0,9 0,656 0,94/0,90 0,66/0,20 0,62/0,11 12,6 42,5 25
Ариэль-1 26 1:1,4 38 0,486‒1,1 0,82/– 0,57/– 20
Л1101-В87-250
(«Бизар-1») 26,2 1:1,2 40 0,486‒0,9 0,7 0,91/0,45 0,69/0,20 0,62/0,11 20,34 48,44
Л1104-99-В547 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,9 0,7 0,98/0,87 0,82/0,52 0,60/0,38 45,5
Л1104-99-В551 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,85 0,7 0,96/0,81 0,76/0,40 0,56/0,28 10,6 84,1 42
Л1104-99-В546 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,85 0,7 0,98/0,79 0,87/0,37 0,72/0,21 12,9 61,2 33,5
Л1104-99-В552 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,85 0,7 0,98/0,81 0,88/0,40 0,71/0,23 11,4 60,55 30
Л1104-98-В528 27 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,8 0,971/0,0 0,841/
0,014 9,3 46 (с призмой)
26 (без нее) С призмой
Л1104-98-В530 27 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,8 0,971/– 0,641/– 8,1 66,82 (с призмой)
27,3 (без нее) С призмой
Витол 27 1:1,4 40 0,486‒1,1 0,9/– 0,76/– 37
Светосильный 28 1:1,05 50 0,589‒0,9 0,74/– 0,47/– 68
Л1144-96-В460 30 1:1,5 23 0,589‒0,9 0,656 0,99/0,84 0,88/0,48 0,69/0,27 7,5 41,5 11,5 Типа
«Петцваль»
Петцваль
с призмой 30 1:1,5 30 0,546‒0,85 0,7 7,444 30,14
Л1104-99-В559 30 1:1,1 22,6 0,486‒0,95 0,8 12 46,4 30
Л-467311-310 30 1:1,1 50 0,486‒0,95 0,8 13,9 57,7
Ариэль-2 30 1:1 30 0,486‒0,9 0,93/– 0,82/– 27
Л70-В71-В-3425
(Объектив 59) 37 1:1 40 0,6‒0,9 0,7 7,2 50,5 92,9
3 К 37 1:1,2 31 0,6‒0,9 0,7 11,324
Таблица 2.1.3.1. (Окончание)
50 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Таблица 2.1.3.2. Основные параметры линзовых объективов для носимых, переносных и возимых ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для N, штр/мм
SF,
мм
L,
мм
Масса
в стек-
ле, г
Примечание
10
(15) 30 50
(40)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л81-В-3959
(Рекорд-5) 36 1:0,9 48 0,434‒0,656 0,546 15,44 46,2 84,1
Л70-В-4260
(Объектив 50 II) 37 1:0,85 30 0,589‒0,9 0,7 3,64 87,21 252,6
Л70-В-2742 37 1:1 40 0,486‒0,766 0,589 8,78 72,75 172,3
Л70-В-4483 37 1:1 40 0,589‒0,9 0,7 6,79 54,26 98,6
Л70-В-3094 37 1:1 40 0,6‒0,9 0,7 12,72 45,48 83,9
Модель CL-19,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
37,5 1:1 19 16,2 45,46 140 7 линз
Л1144-96-В466 40 1:1,1 25,4 0,546‒0,9 0,8 0,949/
0,833
0,691/
0,536
0,416/
0,423 20,9 79 112
Л46-78-В97М 40 1:1 36 0,546‒0,9 0,656 6,848 66,3
Л1104-02-В637 40 1:1,5 20 0,6‒0,9 0,8 0,94/0,11 0,62/0,03 8,04 47,84 29
Л1104-01-В613 40 1:1,1 24 0,656‒0,9 0,8 0,97/0,07 0,76/0,17 0,57/0,07 15,7 91,0 66
Модель CL-40 В,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
40 1:1 11,5 3,4 56,8 210 8 линз
Светосильный 43 1:1,1 45 0,589‒0,9 0,68/– 0,3/–
Эффект-2 45 1:1 30 0,486‒0,9 0,72/– 0,53/– 142
Л70-В-2605 50 1:1 40 0,589‒0,9 0,7 12,26 91,7 386,2
2.1. Объективы 51
Таблица 2.1.3.2. (Продолжение)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л70-В-2442 50 1:1,2 40 0,589‒0,9 0,7 12,87 59,07 177,3
Петцваль 50 1:1,65 18 0,6‒1,1 0,8 16,86 79,86
Л46-12-75 50,64 1:1,15 50 0,546‒0,9 0,7 23,1
Л1144-90-В336
(«Бизар-6») 50 1:1,5 20 0,589‒0,9 0,7 23,8 87,9
Л1104-96-В474 50 1:1,5 13,68 0,5‒0,85 0,65 0,899/
0,853
0,713/
0,618 5,14 83,9 33,41
Модель CL-44 В,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
50 1:0,7 17 7,4 81,5 780 8 линз
Модель CL-37,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
50 1:0,75 11,5 3,14 75 750 7 линз
Модель CL-45,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
60 1:0,65 28 4,25 130 1040 10 линз
Модель CL-43,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
60 1:1,5 14,3 35,6 56,8 210 6 линз
Свет-9 70 1:1,1 20 0,546‒0,8 0,75/– 0,63/– 275
Модель CL-39,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
75 1:1 11,5 3,92 112,3 1360
Диамант-1 76 1:1,5 10 0,6‒0,9 0,87/– 0,67/– 180
Л1105-95-В456 80 1:1,1 24 0,48‒0,8 0,527 0,774/
0,634
0,446/
0,134 13,6 142,9
Л1104-00-В575 80 1:1,5 11,5 0,589‒0,85 0,7 39,8 119,1 163
Л1144-90-В329 80 1:1,5 13 0,589‒0,9 0,656 20,5 133,7
52 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л1144-93-В419 80 1:1,5 13 0,589‒0,9 0,656 0,89/
0,58
0,626/
0,008
0,486/
0,13 22,1 116,2 158
Модель CL-41,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
80 1:2 14,25 47,4 65 230 6 линз
Л46-03-181 95 1:1,46 9 0,546‒0,9 0,766 0,833/
0,599
0,573/
0,243
0,425/
0,155 53,86 144,96
РР-05-190 95 1:1,64 8 0,589‒0,93 0,766 0,87/0,1 0,53/0,01 0,30/0,01 21,65
Модель CL-38,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
100 1:1,4 10,5 59,3 98,5 1110 6 линз
Л70-В6999 100 1:1,2 10 0,546‒0,9 0,82 19,2 129,4 450
Л1104-96-В480 100 1:1,5 10,3 0,6‒0,9 0,7 0,94/0,60 0,74/0,30 0,55/0,10 52 147,4
Л1104-96-В467 100 1:1,5 10 0,65‒0,863 0,8 0,97/0,23 0,76/0,03 0,49/– 26,2 146,8 315
Л1104-01-В630 100 1:1,5 10 0,65‒0,85 0,8 0,85/0,07 0,52/0,02 0,40/– 12,1 130,3 188
ЛИК-48 100 1:1,2 13 0,589‒0,766 0,58/– 0,38/– 1056
ЛИК-67 100 1:1,2 10 0,583‒0,9 0,78/– 0,45
ЛИК-72 100 1:1,5 12 0,435‒0,766 0,7/– 0,42 181
Арес-2 100 1:1,5 10 0,6‒0,92 0,91/– 0,76 210
АЛ32-03-В01 100 1:1,5 10 0,65‒0,9 0,8 18,1 138,6 202
АЛ31-03-В02 104 1:1,55 5 0,5‒0,9 0,656 211
С афокаль-
ной насадкой
Г = 4,
длина 97,2 мм
Г-0.315.835 ОКБ
«СКАН» 100,1 1:2 8 0,950,80 0,55/0,10 9,08 118,34
Л1104-00-В608 100 1:1,8 10 0,65‒0,863 0,8 0,99/0,95 0,90/0,39 0,75/0,17 26,4 147,1 140
Л46-76-В66 105 1:1,5 23 0,546‒0,7 0,589 17,4
Таблица 2.1.3.2. (Продолжение)
2.1. Объективы 53
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Модель CL-109,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
110 1:2,8 11,5 44, 82 520
Петцваль 120 1:1,5 8,34 0,65‒0,863 0,8 0,93/0,23 0,67/0,03 0,57/0,03 24,6 189,5
Л46-7512-В1 120 1:1,2 12 0,546‒0,9 0,7 10,16
Диамант-2 124 1:1,5 9 0,6‒0,9 0,87/– 0,8 450
Модель CL-33 В,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
125 1:1,75 11,5 15,9 193,9 2100
Л1101-87-В272 131 1:1,1 4,1 0,7‒0,9 0,863 0,881/
0,867
0,541/
0,607 40,13
Модель CL-42,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
150 1:2 11,5 16,2 150 2020
Г-03.45.726
ОКБ «СКАН» 150 1:2 7 0,48‒0,85 0,589 0,7/0,4 0,5/–
Л46-7506-В1 150 1:1,1 7 0,656‒0,9 0,766 38,84 222,84
Л48-78-В-87 150 1:1,5 8 0,589‒0,9 0,766 0,926/
0,855
0,667/
0,548 46,5 291,02
Л72-В-9464 150 1:1,5 12 0,589‒0,9 0,766 0,843/
0,539
0,471/
0,219 35,2 154,8
ЛИК-69 150 1:1,5 10 0,546‒0,9 0,68/– 0,45/– 1407
ЛИК-74 150 1:1,1 7 0,546‒0,9 0,8 0,87/0,76 0,37/0,21 0,15/0,04 39,4 2127
Л70-В (ЛИК-77) 150 1:1,1 7 0,656‒0,9 0,82 0,91/0,79 0,49/0,10 0,17/0,05 38,5 222,15 2275
Гелиос-ПА 150 1:1,5 10 0,546‒0,9 0,52/– 0,23/–
Арес-9 150 1:1,5 9 0,7‒0,9 0,76649 0,96/0,58 0,82/0,27 0,50/0,19 −0,18 200,8 400
Есть кино-
формная
поверхность
Таблица 2.1.3.2. (Продолжение)
54 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Арес-11 150 1:2 10 0,6‒0,9 0,76649 0,95/0,95 0,82/0,81 0,66/0,64 −0,86 201,31 160
Есть кино-
формная
поверхность
Гелиос 198,5 1:1,5 10 0,589‒0,77 0,656 117,2
Петцваль 200 1:1,65 10 0,589‒0,9 0,656 73,3 315,26
ЛИК-70 200 1:1,5 10 0,546‒0,9 0,53/– 0,35 2860
ЛИК-76 200 1:1,5 6 0,589‒0,9 0,8 0,8/0,5 0,56/0,4 0,15/0,05 96 267,8 2744
Л85-В-12096
(«Арес») 200 1:1,4 5 0,70/0,92 0,82 0,9/0,8 0,6/0,4 0,4/0,2 107,5 267,45
Арес-1 200 1:1,56 7 0,486‒0,951 0,8/– 0,52 2500
Арес-3 200 1:1,47 5 0,67‒0,92 0,77/– 0,55 434,5 2900
Л1144-88-В291 200 1:2,67 5 0,656‒0,92 0,82 113,6 297 Для ТВ-ка-
нала
Л70-В-2495 250 1:1,5 6 0,589‒0,766 0,656 16,72 326,62
Арес-12 260 1:2 0,6‒0,9 0,76649 0,91/
0,87
0,76/
0,36
0,56/
0,05 −1,51 342 500
Есть кино-
формная
поверхность
ЛИК-7 300 1:1,5 6 0,589‒0,766 0,656 0,5/– 0,3 1,35 404,85
Антей 300 1:1,5 6 0,589‒0,9 0,71/– 0,5
Л70-В-2756
(«ЛИК-2») 377 1:1,56 7 0,589‒0,766 0,656 11,94 495,5
ОЛ-1 400 1:1,66 6 134,77
Л70-В-6070
(ЛИК-58) 450 1:2 6 0,546‒0,8 0,656 0,6/– 0,3/– 34,03 669,03 8500
Таблица 2.1.3.2. (Окончание)
2.1. Объективы 55
Основные параметры зеркально-линзовых объективов приведены в табл. 2.1.4.1,
а внешний вид типичных их схем — на рис. 2.1.4.1‒2.1.4.9. На рис. 2.1.4.2, 2.1.4.4,
2.1.4.5 представлены некоторые методы введения в поле зрения зеркально-линзо-
вых объективов прицельной марки (визирной шкалы) [2.1.4.1].
Как известно, объективы ПНВ создают на фотокатоде ЭОП перевернутое изо-
бражение. Для того чтобы оно стало прямым, используется либо ЭОП с оборачи-
ванием изображения, либо вместо окуляра применяется микроскоп. В последнем
случае увеличиваются продольные
габариты ПНВ и возрастает слож-
ность окулярной системы. Поэтому
в зеркально-линзовых объективах
может быть использовано оборачива-
ние изображения. В частности, в объ-
ективе по схеме рис. 2.1.4.6 исполь-
зуется трипель-призма. В данной
схеме сочетаются сферическое зер-
кало и трипель-призма. При большом
относительном отверстии объектива
не удается вывести изображение через
отверстие в зеркале. Оно получается
расположенным перед сферическим
зеркалом. Для его ввода используется
отрицательная линза. Однако при
этом происходит увеличение экви-
валентного фокусного расстояния.
Для его уменьшения применяется
бифокальный оптический компонент.
В данном объективе используется для
защиты от постороннего света бленда.
Поскольку в призменный компонент
лучи входят на высоте значительно
большей, чем на выходе, то бленда мо-
жет близко подходить к призменному
блоку и обеспечить надежную защиту
от засветок [2.1.4.1].
Основные параметры объектива
приведены в табл. 2.1.4.1. К недо-
статкам объектива следует отнести
большую длину хода луча в стекле,
высокие требования к точности уг-
лов призмы (порядка 2″), дополни-
тельные блики и соответствующее
снижение контраста в изображении
из-за большого количества оптиче-
Рис. 2.1.4.1. Оптическая схема объектива,
оптический выпуск Л46-74-В1, f = 80 мм,
О = 1:0,8, 2ω = 10°
Рис. 2.1.4.2. Оптическая схема объектива
с прицельной маркой (показана звездочкой),
оптический выпуск Л70-В-8477, f = 160 мм,
О = 1:1,2, 2ω = 8°56′
Рис. 2.1.4.3. Оптическая схема объектива,
оптический выпуск Л46-80-В89, f = 160 мм,
О = 1:1,18, 2ω = 8°56′
56 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Таблица 2.1.4.1. Основные параметры зеркально-линзовых объективов для носимых, переносных и возимых ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие гео-
метрическое/
эффективное
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для точки на оси/края
поля зрения, для N, штр/мм SF,
мм
L, мм
(с блен-
дой, мм)
Масса
в стек-
ле, г
Примечание
10 30 50 (40)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л1105-В-472 50 1:1,2/1:1,434 13,7 0,4‒0,9 0,7 0,999/
0,545
0,993/
0,070
0,981/
0,012 6,24 36,72
(51,72) 23
С прямым
изображением 62,85 1:1,31/1:1,55 12,8 0,546‒0,9 0,656
Л1104-97-В250 80 1:1,2/1:1,49 12,8 0,486‒0,9 0,7 0,99/
0,79
0,88/
0,36
0,79/
0,11 55,72 10,72
(94,12) 75
Л46-75-В1 80 1:0,8/1:1 10 0,546‒0,9 0,7 5,122 139,33
85 1:1,25эф 12 0,4‒0,9 0,589 0,982/
0,849
0,918/
0,448 6,08 61,36
(79,86)
85 1:1,25эф 12 0,404‒0,9 0,589 0,983/
0,881
0,93/
0,506 5,96 61,46
(76,45)
Материал —
полиметил-
метакрилат
ZLO 1,6/100 100 1:1,64эф 6 0,48‒0,9 0,75 15,14
Завод «Диа-
проектор»,
Беларусь
Л1105-В-471 100 1:1,25/1:1,466 10 0,4‒0,9 0,7 0,997/
0,735
0,976/
0,248
0,934/
0,071 10,3 62,63
(100,63) 150
Л1105-95-В459 100 1:1,25/1:1,49 10,2 0,4‒0,9 0,7 0,99/0,6 0,8/0,2 0,7/0,2 13,6 66,8
Л46-80-В134 100 1:1,25/1:1,5 14 0,404‒0,9 0,589 0,966/
0,856
0,872/
0,513
0,868/
0,285 7,42 67,5
(89,5) 130
Лемниската 100 1:1,14/1:1,35 14 0,404‒0,9 0,589 0,99/0,9 0,97/0,35 0,95/0,2 6,54 67,51
Л1144-В-344 100 1:1,2/– 14 0,404‒0,9 0,82 0,95/0,90 0,65/0,4 0,4/0,1 6,65 69,2
(103,2)
2.1. Объективы 57
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
С прямым
изображением 102,5 1:1,7 6 0,38‒0,78 0,98/
0,93
0,94/
0,55
0,88/
0,47
Центральное
экранирова-
ние зрачка
по диаметру
0,5
Л1105-В-473 120 1:1,25/1,482 8,5 0,4‒0,9 0,7 0,994/
0,842
0,947/
0,301
0,876/
0,204 18,9 78,6
(133,6) 185
Светосильный 124 1:1,5эф 11 0,404‒0,951 0,91/– 0,8 15,8 85,8 250
Для ПНВ «Luna-
Tron» 124 1:1,5эф 11 0,4‒0,95 0,59 0,63/0,51 0,39/0,02 9,7 85,5 184 Есть асферика
Л1144-92-В392 130 1:1,25эф 11 0,404‒0,9 0,589 19,14 90,1
(157,1) .
130 1:1,25эф 11 0,404‒0,9 0,589 0,973/
0,903
0,908/
0,716
0,833/
0,531
Материал —
полиметил-
метакрилат
150 1:1,1/1:1,8 8 0,404‒0,9 0,589 0,985/
0,893
0,915/
0,478
0,807/
0,183 25,27 101,3
Л46-77-В73 160 1:1,18/1:1,39 9 0,404‒0,9 0,589 0,971/
0,893
0,89/
0,661
0,807/
0,425 10 108,17
(216,17) 650
Л70-В-8477 160 1:1,2/1:1,5 9 0,486‒0,656 0,589 0,981/
0,973
0,844/
0,777
0,648/
0,466 15,16 152,6
(178,6) 1400
Л46-80-В148 160 1:1,25/1:1,5 9 0,404‒0,9 0,589 6,317 99,3
(125,3) 490
Л46-78-В89 165 1:1,2/1:1,5 8,7 0,435‒0,9 0,589 6,6 141,2
(246,2) 450
Л1104-01-В625 165 1:1,27/1:1,5 6 0,404‒0,9 0,8 0,98/
0,98
0,97/
0,85 12,4 105
(206) 501
Таблица 2.1.4.1. (Продолжение)
58 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л70-В 200 1:0,866/1:1,04 8 0,436‒1,0 0,546 0,977/
0,857
0,812/
0,354
0,573/
0,137 23,96 298 3900
Л46-77-В62 200 1:1/1:1,2 7 0,404‒0,9 0,589 0,959/
0,776
0,812/
0,273
0,662/
0,069 11,59 145,5
(210,5) 1900
Л45-80-В149 200 1:1/1:1,2 7 0,404‒0,9 0,589 0,959/
0,681
0,814/
0,183
0,684/
0,115 11,12 145,5
(175,5) 1900
Л1104-В-491 200 1:1,25/1:1,45 8 0,486‒0,9 0,8 0,978/
0,493
0,821/
0,188 10,82 120,2
(193,2) 892,2
Л1144-88-В279 200 1:0,98/1:1,32 6 1,3‒2,3 1,7 0,909/
0,796
0,698/
0,158 15,98 3444
Л1144-93-В438 200 1:0,89/1:1,1 3 0,7‒0,9 0,863 0,95/
0,8 20,62
Л1144-В92-382 200 1:0,8/1:1 5 0,6‒0,88 0,863 0,951/
0,613
0,777/
0,077
(0,710/
0,0083) 15,4 133,65
(227,65) 2850
Л1104-99-В561 200 1:0,8/1:1 5 0,7‒0,9 0,863 0,857/
0,575
0,599/
0,280 24,95 2522,4
Л1104-99-В566 200 1:1/1:1,2 7 0,4‒0,9 0,589 0,83 0,701/
0,621
0,271/
0,183 10,2 2133,8
Л46-7512-В1 250 1:1/1:1,25 6 0,546‒0,9 0,7 10,1 С афокальной
насадкой
Л46-75-В 250 1:1,035/1:1,3 6 0,546‒0,9 0,7 3,5 349,5
Л1104-В-495 250 1:1,3/1:1,54 7,72 0,486‒0,9 0,8 0,909/
0,737
0,681/
0,164 26,99 165,99
(261,99) 1519,6
Л70-В-8720 250 1:1,04/1:1,3 6 0,434‒0,95 0,7 3,41 394,8 4000
Л70-В-8719 250 1:1,04/1:1,3 6 0,434‒0,95 0,7 3,46 421,8 3850
Л70-В-8624 300 1:0,7/1:1,3 4,8 0,486‒1,05 0,8 0,962/
0,910
0,707/
0,340
0,397/
0,141 39,61 410,6 7300
Таблица 2.1.4.1. (Продолжение)
2.1. Объективы 59
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л46-7605-В55 297,8 1:1,2/1:1,5 8 0,486‒1,0 0,8 0,96/
0,824
0,856/
0,344
0,755/
0,079 14,59 398,9 5982
Л1144-90-331 302 1:1,2/1:1,5 8 0,7‒0,92 0,8 0,9/
0,39
0,73/
0,13
0,53/
0,24 38,15 202,5
Л1104-96-В488 300 1:1,59эф 4,78 0,486‒0,9 0,8 0,99/
0,99
0,969/
0,969 41,6 201,6
(358,1) 2707,9
Л46-84-199 420 1:3/1:4 3,8 0,589‒0,9 0,863 153,78
Объектив ПО
ГУП НПЗ 486,65 1:2,5эф 3 0,589‒0,9 0,79 0,98/
0,98
0,94/
0,93
0,90/
0,90 16,99 322,7
Материал —
кварцевое
стекло
Л1532-022-89 800 1:4/1:4,72 2,8 0,404‒0,9 0,589 0,92/
0,789
0,789/
0,357 41,66 531 3270
Л1532-016-89 800 1:4/1:4,3 1,5 0,404‒0,9 0,589 0,962/
0,902
0,848/
0,485 41,66 411,1
(539,1) 3731
Л1532-026-90 1436 1:5,4/1:6,5 1 0,7‒0,9 0,863 0,929/
0,903
0,631/
0,542 98 748,7
(968,7) 5475
Л85-В-14445 1428 1:6эф 1 0,7‒0,9 0,863 0,877/
0,746 13,51 566,51
(1026) 7200
Л85-В-14430 1423 1:6эф 1 0,7‒0,9 0,863 0,879/
0,745 8,23 557,23
(1026) 7000
Таблица 2.1.4.1. (Окончание)
60 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
ских компонентов. В связи с этим была предложена схема другого зеркально-
линзового объектива с оборачиванием изображения (рис. 2.1.4.7). В этой схеме
положительная линза 1 в сочетании с зеркалом Манжена 6 компенсирует хро-
матические аберрации в заданной области спектра. Положительная линза 7
в сочетании с центральной частью зеркала Манжена 6 без зеркального покры-
тия компенсирует астигматизм и кривизну поверхности изображения. При-
межуточное перевернутое изображение, формируемое линзами 3, 4 и зеркалом
Манжена 6, расположено между положительным мениском 4 и положительным
зеркалом Манжена 2. Прямое изображение формируется линзами 2 и 4, цен-
тральной частью зеркала Манжена 6 без зеркального покрытия и линзой 7, ком-
пенсируя аберрации перевернутого изображения. Защита от рассеянного света
обеспечивается кольцевой диафрагмой 5. Основные параметры объектива при-
Рис. 2.1.4.4. Оптическая схема объ-
ектива с прицельной маркой (патент
Германии № 2515150, м.кл. G 02B,
23/10, 27/34, опубл. 08.04.75 г.)
Рис. 2.1.4.5. Оптическая схема объектива с при-
цельной маркой (патент Германии № 526119,
м.кл. G 02B, 23/10, 17/08, опубл. 03.08.71 г.)
Рис. 2.1.4.6. Оптическая схема объектива
с оборачиванием изображения при нали-
чии трипель-призмы
Рис. 2.1.4.7. Оптическая схема объектива
с оборачиванием изображения: 1 — поло-
жительная линза, 2 — положительное зер-
кало Манжена, 3 — положительная линза,
4 — положительный мениск, 5 — кольце-
вая диафрагма, 6 — отрицательное зеркало
Манжена, 7 — положительная линза
2.1. Объективы 61
ведены в табл. 2.1.4.1. Однако такие объективы не получили широкого распро-
странения в технике ПНВ из-за сложности сборки и юстировки.
В схемах зеркально-линзовых объективов могут быть достигнуты значи-
тельные фокусные расстояния и относительные отверстия без существенного
увеличения массы и продольных габаритов объектива по сравнению с линзо-
выми объективами [2.1.4.1].
Список литературы
2.1.4.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.5. Объективы с переменным фокусным расстоянием
В практике техники ПНВ могут быть использованы объективы с переменным
фокусным расстоянием. Это вызвано необходимостью вести поиск и обнаруже-
ние объектов наблюдения в широком поле зрения (т. е. при наличии небольшо-
го фокусного расстояния), а распознавание обнаруженных объектов с большим
масштабом изображения в малом угле поля зрения (т. е. при наличии большого
фокусного расстояния). Изменение фокусного расстояния может быть обеспе-
чено применением сменных афокальных насадок, использованием объективов
с плавно изменяемым фокусным расстоянием (вариообъективы, которые назы-
вают также ZOOM-объективами), а также объективов со ступенчато изменяемым
фокусным расстоянием. Основные параметры объективов с переменным фокус-
ным расстоянием для ПНВ приведены в табл. 2.1.5.1, а внешний вид типичных
объективов — на рис. 2.1.5.1, 2.1.5.2 [2.1.5.1].
Рис. 2.1.4.8. Оптическая схема длиннофокусного объектива по оптическому выпуску
Л1532-016-89, f = 800 мм, О = 1:4,3, 2ω = 1,5°
Рис. 2.1.4.9. Оптическая схема длиннофокусного объектива по оптическому выпуску
Л85-В14430, f = 1423 мм, О = 1:6, 2ω = 1°
62 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Сменные фокальные насадки (табл. 2.1.5.2), бывают линзовые (рис. 2.1.5.3),
реже — зеркально линзовые (рис. 2.1.5.4). Они монтируются непосредствен-
но на объектив ПНВ. При этом фокусное расстояние объектива увеличивается
во столько раз, во сколько раз возрастает увеличение ПНВ при установке насадки.
Например, при установке насадки с увеличением 4 фокусное расстояние объ-
ектива возрастает в четыре раза. При этом если относительное отверстие насад-
ки равно относительному отверстию объектива, то оно остается без изменений.
Однако угол поля зрения объектива при
установке насадки, соответственно,
уменьшается. Преимуществом насадки
является возможность ее быстрой смены
в полевых условиях без нарушения герме-
тичности ПНВ. Недостатком применения
насадки являются сравнительно большие
габариты и масса системы объектив +
насадка и худшее качество изображения
по сравнению с применением нового
более длиннофокусного объектива без
насадки с прежней светосилой, а также
более узкое поле зрения. Некоторые
фирмы по этой причине используют для
изменения масштаба изображения ПНВ
сменные объективы с различными фокус-
ными расстояниями. Однако это при-
водит к разгерметизации ПНВ при замене
объектива. Поэтому чаще используются
именно сменные афокальные насадки.
В частности, фирма Litton (США) исполь-
зует сменные афокальные насадки к ноч-
ному монокуляру или к псевдобиноку-
лярным очкам ночного видения. Насадки
Рис. 2.1.5.1. Оптическая схема линзового объектива с двумя ступенчато изменяемыми
фокусными расстояниями по оптическому выпуску Л46-83-192, этого f = 200/600 мм,
О = 1:1,47/1:4,41, 2ω = 5°/1°
Рис. 2.1.5.2. Оптическая схема зер-
кально-линзового объектива с двумя
ступенчато изменяемыми фокусными
расстояниями: компоненты 1 и 2 мо-
гут меняться местами; в зависимости
от этого f = 300/1260 мм, О = 1:1,5/1:4,3,
2ω = 4,5°/1°
2.1. Объективы 63
Таблица 2.1.5.1. Основные параметры объективов c двумя фокусными расстояниями для ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относи-
тельное
отверстие
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для точки
на оси/края поля
зрения, для N, штр/мм,
Для одного fоб
Для другого fоб
SF,
мм
L,
мм
Масса
в стек-
ле, г
Примечание
10 30 50
(40)
1 2 3 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л1144-93-В438 200/93 1:1эф/1:1,8 3/12 0,7‒0,9 0,863 0,910/0,796
0,900/0,246 20,72 162,82
Зеркально-
линзовый
и линзовый рис.
Л1101-84-193 307/160 1:1,67эф./
1:1,5 эф. 3,25/9 0,404‒0,9 0,589 0,83 0,75/0,45
0,80/0,50 6,71 383,1 2300 Зеркально-
линзовый рис.
Л1144-89-В305 450/150 1:3,4эф./
1:1,1эф. 2/7 0,404/0,9 0,8 0,30/0,23
0,88/0,42 20,03 229,9 Зеркально-
линзовый рис.
Л46-83-192 600/200 1:4,41/
1:1,47 1/5 0,656‒0,9 0,863 0,50/0,25
0,35/0,20 60 320 3400 Линзовый рис.
Л1101-84-210 750/250 1:3,75/
1:1,25
5,25/
1,75 0,7‒0,951 0,8 0,512/0,33
0,32/0,06 9,9 403 8140 Линзовый рис.
Л1144-1389-314 999/201 1:5эф./
1:1,1эф. 1/8 0,7‒0,9 0,863 0,71/0,50
0,43/0,25 7,56/7,48 213,4 2500 Зеркально-
линзовый рис.
Л1101-87-В266 1200/300 1:5эф./
1:1,5эф. 1,1/4,5 0,7‒0,9 0,863 0,78 0,443/0,233
0,825/0,56 27,69 437,5 8080 Зеркально-
линзовый рис.
Л1144-В90-332 1500/300 1:7эф./
1:1,5эф. 0,7/5 0,7‒0,9 0,863 0,75 0,59/0,36
0,45/0,25 46,99 300 3450 Зеркально-
линзовый рис.
64 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Таблица 2.1.5.2. Сравнительные параметры афокальных оптических насадок
Фирма Модель
Увели-
чение,
крат
Угол поля
зрения,
град.
Относи-
тельное
отверстие
Диапазон
фокуси-
ровки, м
Габариты,
диаметр
длина, мм
Масса,
кг Примечание
ФГУП «Альфа» (РФ)
НА-2,5 2,5 10 1:1,5 5 м — 7050 0,25 Диапазон рабочих
температур −50…+50 °C,
рассчитана для области
НА-4,0 4,0 8 1:1,5 10 м — 81109,5 0,40 спектра 0,4‒0,9 мкм
ЗАО «Юпитер» (РФ)
Насадка 3 3,0 12 5677 0,27
Насадка 5 5,0 7 5698 0,30
Night Vision Equipment
Company (США)
ML-3 3,0 11,6 1:1,5 15 м — 7560 0,19
550-1503-001 5,0 7,7 1:2,4 25 м — 9076 0,3686
Litton (США)
3x 3,0 13,5 1:1,35 3 м — 0,228 Диапазон рабочих
температур
4x 4,0 10,2 1:1,6 15 м — 0,528 −51…+49 °C
5x 5,0 7,7 1:2,7 25 м — Диапазон рабочих
температур
6x 6,0 6,6 1:1,8 50 м — 1,028 −51…+45 °C
2.1. Объективы 65
имеют увеличения 2,25; 3; 4; 6 крат. Их относительные отверстия, соответственно,
равны 1:1,35; 1:1,8; 1:1,6; 1:1,8 крат. Если взять объектив для ночного монокуляра
или псевдобинокулярных очков ночного видения с фокусным расстоянием 27 мм,
то угол поля зрения ПНВ при его увеличении 1 равен 40°. При установке смен-
ных насадок ПНВ приобретает указанные выше увеличения, а его угол поля зре-
ния станет равным, соответственно, 2017°; 13,5°; 10,2°; 6,6° [2.1.5.1].
Однако для ПНВ с объективом с фокусным расстоянием порядка 200 мм
и выше применение сменной насадки (по крайней мере линзовой) лишено смыс-
ла из-за значительных ее массы и габаритов. Здесь следует использовать уже объ-
ективы другого типа [2.1.5.1].
В настоящее время существуют объективы с плавно меняющимся фокусным
расстоянием (вариообъективы) и с дискретно изменяемым фокусным расстоя-
нием. Вариообъективы достаточно сложны и обладают в связи с этим сравни-
Рис. 2.1.5.3. Оптическая схема линзового объектива с афокальной линзовой насадкой
с увеличением 2,5, О = 1:1.4, 2ω = 10°
Рис. 2.1.5.4. Оптическая схема зеркально-линзового объектива по оптическому выпуску
Л1101-84‒193 с зеркально-линзовой афокальной линзовой насадкой; с увеличением 1,92
параметры объектива: f = 160/307 мм, О = 1:1,25/1:1,25, 2ω = 8°56′/3°16′ (авторское свиде-
тельство СССР на изобретение № 1422204, м. кл. 4 G 02 В 15/18, 17/08 по заявке № 4154328
с приоритетом от 28.11.86 г.
66 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
тельно низким пропусканием, значительной массой. Например, вариообъектив
РЗОХ16ЕР (fоб = 16‒500 мм, О = 1:1,8) фирмы Fujnnon (Япония) содержит 11
линз и имеет массу 20,5 кг [2.5.1]. Отечественный светосильный вариообъектив
для ПНВ (fоб = 44‒132 мм, О = 1:1,5‒1:2, 2 = 4‒12, диапазон ахроматизации
500‒900 нм) содержит 12 линз. Естественно, велика и стоимость таких объекти-
вов [2.1.5.1].
В связи с этим более целесообразным представляется использование в ПНВ
линзовых объективов со ступенчато изменяемым фокусным расстоянием. Из ра-
боты [2.1.5.1] следует, что такие линзовые объективы имеют число линз, не пре-
вышающее 10. Переключение фокусных расстояний осуществляется простым
поворотом группы линзовых компонентов на 90° (рис. 2.1.5.1). При их расположе-
нии в ходе лучей имеем максимальное, при выводе из хода лучей — минималь-
ное фокусное расстояние. При смене фокусных расстояний положение плоскости
изображения остается стабильным. Управление изменением величины фокусно-
го расстояния здесь осуществляется существенно проще, чем для вариообъектива,
где используется обычно перемещение по различным законам двух групп линзо-
вых компонентов [2.1.5.1].
Следующий шаг в развитии объективов с изменяемым фокусным расстояни-
ем заключается в переходе к зеркально-линзовым системам. При этом возможно
использование зеркально-линзовых телескопических насадок (рис. 2.1.5.4). Од-
нако они достаточно громоздки, производить их установку и демонтаж неудобно.
В этой связи значительно больший интерес представляют зеркально-линзовые
объективы со ступенчато изменяемым фокусным расстоянием (рис. 2.1.5.2). Вво-
дом одних компонентов в ход лучей обеспечивается меньшее, а других — большее
значение фокусного расстояния. Для таких объективов предъявляются достаточ-
но высокие требования к механической конструкции по прочности и жесткости
[2.1.5.1].
Для полностью пассивных или пассивно-активных ПНВ предложены схемы
объективов по рис. 2.1.5.5‒2.1.5.6 [2.1.5.1]. Зеркально-линзовый объектив по схе-
ме рис. 2.1.5.5 содержит зеркально-линзовый длиннофокусный канал и линзо-
вый короткофокусный канал. Зеркально-линзовый канал содержит кольцевую
регулируемую ирисовую диафрагму 1, линзу-зеркало 2, зеркало Манжена 3, двух-
линзовый компенсатор 4 полевых аберраций, фильтр 5. Линзовый канал содер-
жит регулируемую ирисовую диафрагму 6,
трехлинзовый компонент 7, образующий
вместе с двухлинзовым компенсатором 4
и фильтром 5 линзовый объектив. Фокаль-
ные плоскости обоих каналов совпадают.
В зависимости от того, какая из диафрагм
(1 или 6) открыта, работает либо один канал,
либо другой канал. Зеркально-линзовый
канал имеет фокусное расстояние 200 мм,
угол поля зрения 5°, относительное отвер-
стие 1:2эф., а линзовый канал — соответ-
Рис. 2.1.5.5. Составной объектив с зер-
кально-линзовым и линзовым концен-
трическими каналами
2.1. Объективы 67
ственно, 98 мм, 12°, 1:1,8. В схеме
на рис. 2.1.5.6 [2.1.5.1] в перифе-
рической области двухлинзового
компенсатора 3 выполнено про-
дольное цилиндрическое отвер-
стие, в которое вмонтирован ко-
роткофокусный широкоугольный
линзовый объектив 4. Он создает
поле зрения 6 в периферической
части поля зрения 7, формируе-
мого зеркально-линзовым объ-
ективом (компоненты 1, 2, 3, 5). Потери, вносимые в объектив 1,2,3,5 из-за уста-
новки в нем линзового объектива 4, не превышают 10 %. Фокусное расстояние
зеркально-линзового объектива 200 мм, угол поля зрения 8° 30′, относительное
отверстие 1:1,2эф, а у линзового объектива — соответственно, 15 мм, 20°, 1:1,3.
Аналогичным образом в линзовый объектив 1 (рис. 2.1.5.7) [2.1.5.1] можно ввести
линзовый короткофокусный объектив 2 с теми же параметрами, что и у объекти-
ва по схеме на рис. 2.1.5.6 [2.1.5.1]. За счет системы плоских зеркал 3, 4 (зеркало
4 может быть выполнено откидным) излучение от сцены наблюдения вводится
в объектив 3. Линзовый объектив 1 имеет фокусное расстояние 150 мм, угол поля
зрения 10°, относительное отверстие 1:1,5 [2.1.5.1]. Составной линзовый объек-
тив по схеме рис. 2.1.5.8 имеет на входе кольцевой фильтр 1 и круговой фильтр 2.
В концентрическом продольном отверстии длиннофокусного линзового объекти-
ва 3 содержится короткофокусный линзовый объектив 4. Кольцевой фильтр 1 про-
пускает в области спектра 0,78‒0,91 мкм, фильтр 2 — в области 0,4‒0,75 мкм (т. е.
излучение для короткофокусного объектива), фильтр 5 — в области 0,4‒0,75 мкм,
фильтр 6, — в области 0,78‒0,92 мкм (т. е. в излучение для длиннофокусного объ-
ектива). Таким образом, в центральной части поля зрения 7 формируется узко-
польное изображение длиннофокусного объектива 4, а в периферической части 8
поля зрения — широкопольное изображение короткофокусного объектива 4. По-
следний имеет фокусное расстояние 20 мм, относительное отверстие 1:1,3, угол
поля зрения 48°, а объектив 3 — соответственно, 100 мм, 1:1,5, 5° [2.1.5.1].
Рассмотрим специфику построения объективов с двумя фокусными расстоя-
ниями для АИ ПНВ.
Рис. 2.1.5.6. Составной объектив с зеркаль-
но-линзовым и линзовым периферическим
каналами
Рис. 2.1.5.7. Составной объектив с линзовым осевым и линзовым периферическим каналами
68 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Для АИ ПНВ используются линзовые и зеркально-линзовые объективы.
Специфика построения объективов АИ ПНВ обусловлена необходимостью их
работы как в широком диапазоне спектра, определяемом границами спектраль-
ной чувствительности фотокатода ЭОП (пассивный режим работы ПНВ), так
и в узкой области спектра, соответствующей полосе излучения лазерного освети-
теля (АИ-режим).
Требования к объективу при его функционировании соответственно пассив-
ному режиму работы ПНВ фактически те же, что и для объективов обычных пас-
сивных ПНВ на основе ЭОП. Относительное отверстие должно быть максималь-
но возможным, однако приемлемое качество изображения обычно может быть
обеспечено только для величин 1:1,2‒1:1,5. Фокусное расстояние определяется
требуемым масштабом изображения и, соответственно, увеличением ЭОП. Угол
поля зрения зависит от фокусного расстояния и от рабочего диаметра фотокатода
ЭОП [2.1.5.1].
При работе объектива в условиях АИ-режима диапазон ахроматизации рез-
ко сокращается. При использовании осветителей на базе твердотельных лазе-
ров с длиной волны 1,06 мкм он составляет всего 5 нм, а для осветителей на базе
ИЛПИ — 0,82‒0,86 мкм или 0,88‒0,91 мкм (в зависимости от типа ИЛПИ, раз-
броса длин волн и их температурного дрейфа со скоростью 2,5 Å/град.). Угол поля
зрения в АИ-режиме равен углу подсвета лазерного осветителя и потому значи-
тельно меньше, чем для пассивного режима. Требования по качеству изображе-
ния (по величине коэффициента передачи контраста для характеристических
пространственных частот), при использовании объектива в условиях АИ-режима
значительно жестче, чем в условиях пассивного режима. Это вызвано тем, что
АИ-режим служит для распознавания объектов на предельных дальностях дей-
ствия АИ ПНВ, в то время как пассивный режим предназначен главным образом
для их обнаружения либо распознавания на промежуточных дальностях. Относи-
тельное отверстие объектива при его использовании для АИ-режима может быть
ниже, чем для пассивного режима, т. к. недостаточность светосилы может быть
компенсирована мощностью излучения лазерного подсвета [2.1.5.1].
Исторически первоначально для АИ ПНВ использовались линзовые объек-
тивы, они проще в сборке и юстировке, однако обладают значительной массой
и продольными габаритами, качество их изображения сравнительно низко, в осо-
бенности на краю поля зрения [2.1.5.1]
Рис. 2.1.5.8. Составной линзовый объектив с двумя концентрическими каналами
2.1. Объективы 69
Существенно более высокое качество изображения, меньшие массу и про-
дольные габариты имеют зеркально-линзовые объективы. К их недостаткам сле-
дует отнести некоторое увеличение поперечных габаритов (по сравнению с лин-
зовыми объективами при одинаковой светосиле), необходимость использования
бленд, а также ощутимые потери на виньетирование, что ограничивает их приме-
нение в широкоугольных ПНВ [2.1.5.1]
Для реализации повышенных дальностей действия, обеспечиваемых с помо-
щью АИ-режима, требуется большой масштаб изображения и, соответственно,
значительное фокусное расстояние объектива. Угол поля зрения последнего
может быть небольшим, равным углу подсвета осветителя. Наоборот, для поиска
и обнаружения объектов в пассивном режиме необходим больший угол поля зре-
ния, но возможен меньший масштаб изображения, т. к. в распознавании объекта
в этом режиме на предельных дальностях нет возможности. Из этого следует, что
для АИ ПНВ целесообразно использовать объектив с переменным фокусным рас-
стоянием: верхний его предел с меньшим углом поля зрения соответствует АИ-ре-
жиму, нижний предел с широким углом поля зрения — пассивному режиму.
Но вариообъективы достаточно сложны и обладают в связи с этим сравнительно
низким пропусканием, значительной массой. В связи с этим более целесообраз-
ным представляется использование в АИ ПНВ линзовых объективов со ступенча-
то изменяемым фокусным расстоянием. Из работы [2.1.5.1] следует, что линзовые
объективы обычно имеют число линз, не превышающее 10. Переключение фокус-
ных расстояний осуществляется простым поворотом группы линзовых компонен-
тов на 90°. При их расположении в ходе лучей имеем максимальное, при выводе
из хода лучей — минимальное фокусное расстояние. При смене фокусных рас-
стояний положение плоскости изображения остается стабильным. Управление
изменением величины фокусного расстояния здесь осуществляется существенно
проще, чем для вариообъектива, где используется обычно перемещение по раз-
личным законам двух групп линзовых компонентов [2.1.5.1].
Следующий шаг в развитии объективов с изменяемым фокусным расстояни-
ем заключается в переходе к зеркально-линзовым системам. При этом возможно
использование зеркально-линзовых телескопических насадок. Однако они доста-
точно громоздки, производить их установку и демонтаж неудобно. В этой связи
значительно больший интерес представляют зеркально-линзовые объективы
со ступенчато изменяемым фокусным расстоянием. Вводом одних компонентов
в ход лучей обеспечивается меньшее, а других — большее значение фокусного
расстояния. Для таких объективов предъявляются достаточно высокие требова-
ния к механической конструкции по прочности и жесткости [2.1.5.1].
Общим недостатком всех объективов с переменным фокусным расстоянием
является необходимость соответствующего перемещения оптических компо-
нентов. Этот недостаток отсутствует в зеркально-линзовых объективах по схеме
на рис. 2.1.5.9. В них плоская зеркально отражающая поверхность А выполнена
дихроичной: она отражает излучение в области спектра 0,7‒0,92 мкм (пассивный
режим) за исключением рабочей полосы осветителя (0,82‒0,86 мкм), в которой это
70 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
покрытие пропускает. Кривые пропускания
(отражения) такого покрытия приведены
на рис. 2.1.5.10. При работе объектива в пас-
сивном режиме излучение проходит через
линзу-зеркало 1, зеркало Манжена 2, отра-
жается от дихроичного покрытия А, прохо-
дит через 2-линзовый компенсатор 3 поле-
вых аберраций и формирует изображение
в фокальной плоскости объектива. При его
работе в АИ-режиме излучение проходит
через линзу-зеркало 1, зеркало Манжена 2,
часть линзы-зеркала 4, на которую нанесе-
но дихроичное покрытие А, компоненты 5,
отражается от 2-го зеркала Манжена 6, про-
ходит через центральную часть линзы-зер-
кала 4 без дихроичного покрытия, 2-линзо-
вый компенсатор и формирует изображение
в той же фокальной плоскости объектива.
При этом оба изображения не мешают друг
другу, т. к. при работе в АИ-режиме яркость
«пассивного» изображения ослабляется
в число крат, равное скважности. При работе в пассивном режиме длиннофокус-
ный канал также не влияет на изображение короткофокусного канала из-за пре-
небрежимо малой яркости в изображении длиннофокусного канала, обусловлен-
ной как его большим фокусным расстоянием, так и меньшей светосилой [2.1.5.1].
Список литературы
2.1.5.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
Рис. 2.1.5.10. Кривые пропускания
и отражения покрытия А зеркально-
линзового объектива для АИ ПНВ
по схеме на рис. 2.1.5.9
Рис. 2.1.5.9. Зеркально-линзовый объектив с двумя фокусными расстояниями для АИ ПНВ
2.1. Объективы 71
2.1.6. Объективы для осветителей и целеуказателей
Рассмотрим теперь объективы для осветителей и целеуказателей, работающих
совместно с ПНВ. Выбор объектива для осветителей и целеуказателей возможен,
если установлены требования к его фокусному расстоянию fоб, относительному
отверстию О = fоб (Dвх. зр.)1, интегральному коэффициенту передачи энергии Σ,
углу поля зрения, равному углу подсвета 2, коррекции (допустимому кружку
рассеяния), массе и габаритам [2.1.6.1]. Объективы такого типа обычно называ-
ются оптическими системами формирования излучения (ОСФИ) [2.1.6.1].
Фокусное расстояние объектива и его относительное отверстие могут быть
определены по следующим формулам (рис. 2.1.6.1) [2.1.6.1]:
fоб = а (2 tg )1, (2.1.6.1)
fоб (Dвх. зр.)1 = (2 (tg + tg 0,5 ))1, (2.1.6.2)
где a — габаритный размер излучающей поверхности импульсного лазерного по-
лупроводникового излучателя (ИЛПИ) или выходного торца его интегратора, мм
[2.1.6.1] либо лазерного полупроводникового излучателя, работающего в непре-
рывном режиме (ИЛПН), — угол расходимости лазерного излучения, град.
Значением tg в формуле (2.1.6.2) можно пренебречь, если соответствую-
щий спад облученности на краю пятна подсвета не приводит к потере видимо-
сти в ПНВ.
Интегральный коэффициент передачи энергии непосредственно связан
со схемой объектива и определяется по формуле:
Σ = o э, (2.1.6.3)
о = П(1 − р) П(1 − m)dm, (2.1.6.4)
э = (∫dΦ ∫Li Sвх. зр. Sin Cos d) (∫dΦ ∫Li Sвх. зр. Sin Cos d)1. (2.1.6.5)
При 3 и Li = const:
э (2 ) (2 + 2), (2.1.6.6)
где o — коэффициент пропускания с учетом потерь на отражение и поглощение
излучения, э — коэффициент передачи
энергии излучения с учетом аберрацион-
ного рассеяния вне заданного угла под-
света, p, m — число отражающих и пре-
ломляющих поверхностей соответственно,
р, m — коэффициент отражения и погло-
щения соответственно, dm — длина хода
осевого луча в оптической детали, Li — яр-
кость входного зрачка объектива в данном
направлении /Вт/м2/Ср/, Sвх. зр — площадь
входного зрачка объектива /мм/, —
Рис. 2.1.6.1. К расчету интегрального
коэффициента передачи энергии объ-
ектива формирования излучения
72 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
приращение угла подсвета, обусловленное
аберрационным рассеянием излучения.
Роль остальных составляющих формулы
2.1.6.5. ясна из рассмотрения рис. 2.1.6.1. Ре-
альные относительные отверстия объективов
могут составлять 1:1,8‒1:1,3 при наиболее
вероятном значении 1:1,5. С учетом разброса
длин волн от 820 до 860 нм и от 870 до 920 нм
потребуется ахроматизация. Поскольку
обычно 2 3°, то при исправлении моно-
хроматических аберраций главную роль будет
играть коррекция сферической аберрации
и комы.
Считая, что излучение равномерно рас-
пределено на выходном торце интегратора
ИЛПИ или ИЛПН, имеем:
э = А (А + А)1, (2.1.6.7)
где А — площадь излучающей поверхности
интегратора (мм), А — эквивалентное при-
ращение площади этой поверхности, об-
условленное аберрациями объектива (мм).
Объектив изображает каждую точку излу-
чающей поверхности в виде кружка рассея-
ния, диаметр которого определяется главным
образом аберрациями объектива. За счет этого
объектив изображает некоторую эквивалент-
ную поверхность, размеры которой являются
суммой ее естественных размеров и размера
наибольшего кружка рассеяния [2.1.6.1].
Обозначим через приращение излу-
чающей поверхности в обоих направлениях,
вызывающее увеличение ее площади на вели-
чину А. Легко показать, что:
Δ = (0,25 (a + b)2 + τэ a b)0,5 − 0,5 (a + b), (2.1.6.8)
где a, b — максимальный и, соответственно, минимальный размеры излучающей
поверхности /мм/.
При этом:
d = ((b + )2 − b)0,5. (2.1.6.9)
Таким образом, задавая из энергетических соображений величину э, получим
по формулам 2.1.6.8. и 2.1.6.9 значение допустимого максимального кружка рас-
сеяния d.
Рис. 2.1.6.2а. Лазерный осветитель
с единым объективом для двух ИЛПИ
(ИЛПН): 1 — объектив ОСФИ, 2 —
ИЛПИ (ИЛПН) с длиной волны
85010 нм, 3 — дихроичное зеркало,
4 — ИЛПИ (ИЛПН) с длиной волны
820‒20 нм
Рис. 2.1.6.2б. Спектральная харак-
теристика дихроичного покрытия
зеркала 3 по рис. 2.4.29а: 1 — пропу-
скание покрытия в области спектра
800‒820 нм, 2 — отражение в области
спектра 840‒900 нм
2.1. Объективы 73
Таблица 2.1.6.1. Основные параметры оптических систем формирования излучения лазерных осветителей и целеуказателей для ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие
2ω,
град.
Δλ,
мкм
λр,
мкм τ
Диаметр
максималь-
ного кружка
рассеяния,
мм
SF’, мм L, мм Масса в
стекле, г Примечание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 13 14
Л1101-87-В-257 3,02 1:0,85 1 0,83‒0,87 0,863 0,005 0,93 11,03 4
Градиентная
линза 7,02 1:1,8 1 0,82 0,05 6,33 Оптический журнал,
1994. № 8. C. 54–56
Л1144-В91-355 8 1:1,4 1 0,67‒0,8 0,8 0,05 4,3 10,2
Л71-В-6744 20,2 1:1,8 3 0,87‒0,93 0,91 0,05 12,8 22,63
20,2 1:1,8 3 0,87‒0,92 0,91 0,1 17,07 22,67 8
20 1:2 1 0,8‒0,863 0,83 0,05 13,6
Л1104-99-В553 20 1:2 0,92 0,8‒0,863 0,83 0,1 15,47 2
Л1104-01-В624 20 1:1,4 6 0,8‒0,9 0,863 0,1 16,9 21,8 3
Л1144-89-В299 20,31 1:0,88 3,2 0,8‒0,863 0,83 0,2 9,14 24,48 1,55
Л-467402-В1 25 1:1,5 3 0,87‒0,91 0,91 0,006 15,08 21,2 5,6
Л1104-99-В558 43 1:1,1 4 0,83‒0,9 0,863 0,4 27,2 49,1
64 1:2 0,3 0,863 0,05 59,1 72,4
Л46-76-В45 60 1:1,4 1 0,863‒0,951 0,9 0,4 53,79 65,5 27
Л46-76-В44 60 1:1,4 1 0,863‒0,951 0,9 0,2 54,65 64,36 45
Л46-76-В51 60 1:1,4 1 0,863‒0,951 0,9 0,02 51,18 62,93 45,6
107,6 1:1,3 3 0,83‒0,87 0,863 0,05 74,06 113,3 50
Л46-78-В92 101,4 1:1,1 4 0,83‒0,9 0,863 0,2 74,05 112,5 300
Л46-77-В68 114 1:0,8 10,5 0,83‒0,87 0,863 0,5 8,56 114 1584
Л46-77-В68 114 1:0,7 1 0,863‒0,92 0,9 0,1 4,02 105 2500
74 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 13 14
Л1101-87-В273
«Лазофор-1» 115 1:1,25 1,8 0,863 0,03 102,5 122,5 408
Л1101-87-В273
«Лазофор-2» 115 1:1,25 1,8 0,863 0,2 103,6 123,6 446
Л1104-99-В557 120 1:1,1 1,5 0,83‒0,9 0,863 0,1 84,38 134,68
Л46-80-В131 125,1 1:0,71 3 0,83‒0,9 0,863 0,4 14,26 212,8 2685
Л46-76-В63 150 1:1,5 0,75 0,87‒0,9 0,9 0,1 131,8 174,9 687
Э231 024 000 179,5 1:1,23 3 0,87‒0,93 0,9 0,45 179,5 201,5
Э23 1023 003 191,7 1:1,24 3 0,87‒0,93 0,9 0,5 174,6 212,6
Э23 1024 000 197,8 1:1,25 3 0,87‒0,93 0,9 0,4 183,7 210,7
Л46-06-73-В3 200 1:1,5 2,5 0,83‒0,89 0,9 0,1 169,7 213
Л45-76-В57 200 1:0,7 1 0,9 0,1 29 284,5
Л46-78-В86 245 1:1,4 3 0,83‒0,89 0,9 0,1 208 266,9 2300
Л46-80-В132 245 1:1,4 30 0,83‒0,9 0,863 0,7 290 275,4 8224
Л1144-В303-89 245 1:1,4 1,51 0,863 0,8 228,3 251,3 1200
Л46-74-09-В1 250 1:1,8 0,25 0,87‒0,93 0,91 0,05 214,19 292, 285 2373
250 1:1,4 0,25 0,87‒0,93 0,91 0,1 219,1 297,7
298 1:2,1 3 0,83‒0,87 0,863 0,89 284 308,7 750
320 1:1,5 0,50,2 0,7‒0,9 0,863 0,82 276,3 376,8 6788
320 1:1,5 1 0,83‒0,87 0,863 0,5 297,5 340,7 5100
Л46-06-73-В3 400 1:1,5 2,5 0,83‒0,89 0,863 0,1 338,4 419,4 19800
400 1:1,5 2,5 0,83‒0,89 0,863 0,3 375 405 7500
Л46-79В-111 60240 1:1,4 61,5 0,83‒0,90 0,863 0,4 7590,7 354,5 3200
Valpey Corp.
(США) 1272 1:1,5 406,6 0,863
Таблица 2.1.6.1. (Окончание)
2.1. Объективы 75
В целях сокращения массы и габаритов осветителя рекомендуется его по-
строение по схеме на рис. 2.1.6.2а. Здесь за счет использования зеркала 3 с дихро-
ичным покрытием происходит суммирование излучения обоих ИЛПИ (ИЛПН)
2 и 4, генерирующих в разных областях спектра. Объектив 1, сфокусированный
на оба ИЛПИ (ИЛПН), охваты-
вает их излучение. Потери в зер-
кале не превышают 10‒15 %.
Спектральная характеристика
дихроичного покрытия зеркала 3
дана на рис. 2.1.6.2б [2.1.6.1]. Бла-
годаря такой схеме вдвое умень-
шается требуемое количество объ-
ективов группового излучателя.
Обычно в современных осветите-
лях используют ИЛПИ (ИЛПН)
со встроенным интегратором
[2.1.6.1].
Основные схемы и параме-
тры разработанных объекти-
вов ОСФИ приведены в рабо-
тах [2.1.6.1, 2.1.6.11, 2.1.6.18].
На рис. 2.1.6.3‒2.1.6.13 приве-
дены схемы объективов ОСФИ,
а их основные параметры даны
в табл. 2.1.6.1.
Снижения массы объективов
можно добиться применением вме-
сто традиционных 2- и 3-линзовых
объективов со сферическими оп-
тическими поверхностями одно-
линзовых с одной асферической
(рис. 2.1.6.8) или одной киноформ-
ной поверхностью (рис. 2.1.6.9)
[2.1.6.1, 2.1.6.18]. В последнем
случае масса минимальна, и воз-
можно простое тиражирование
объектива. Снижение массы и га-
баритов в сочетании с большим
углом охвата излучения и высоким
качеством изображения достига-
ется за счет использования пред-
ложенных нами зеркально-лин-
зовых объективов ОСФИ [2.1.6.1]
(рис. 2.1.6.10). Их недостатком
Рис. 2.1.6.3. Оптические схемы объективов
ОСФИ с f от 3 до 25 мм
б
г
а
в
Рис. 2.1.6.4. Оптические схемы объективов
ОСФИ с f от 60 до 100 мм
б
г
а
в
Рис. 2.1.6.5. Оптические схемы объективов
ОСФИ с f от 150 до 245 мм
б
г
а
в
76 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
является центральное виньетирова-
ние пучка, что вносит энергетические
потери до 30 %. Для их снижения ис-
пользуется сужающийся интегратор,
на выходе которого угол расходимости
увеличивается с 40° до 80°, что умень-
шает продольные габариты объектива.
Еще большее снижение габаритов
и массы может быть достигнуто за счет
применения в качестве объективов
ОСФИ пластмассовых линз Френеля
[2.1.6.11]. Исследования, выполненные нами, показали возможность такого их
использования. При этом энергетические потери (для достигнутого уровня оте-
чественной технологии) составляют 30‒40 % [2.1.6.11]. Мелкодискретные линзы
Френеля с конусной формой рабочих зон, изготавливаемые из полиметилметак-
рилата и его сополимеров, обладают существенно малыми аберрациями, связан-
ными со структурой [2.1.6.1]. Зональная система расчета линз Френеля позволяет
делать их дискретную поверхность эквивалентной асферическим поверхностям,
исправлять сферическую аберрации и дисторсию [2.1.6.11]. Схема прохождения
луча в линзе Френеля, используемой в качестве ОСФИ, показана на рис. 2.1.6.14.
Основные параметры линз Френеля, используемых в качестве объективов ОСФИ,
аналогичны параметрам обычных линзовых объективов, за исключением массы,
которая не превышает нескольких десятков грамм. Однако при повышенных
температурах преимущество имеют линзовые объективы из традиционного опти-
ческого стекла. Применение линз Френеля в качестве объективов ОСФИ позво-
ляет оптимизировать и схему объектива ПНВ. На рис. 2.1.6.15 представлены эти
схемы. Зеркально-линзовый объектив с однолинзовым компенсатором 2 на входе
показан на рис. 2.1.6.15а, и без него — с плоскопараллельной пластиной (защит-
ным стеклом — плоским зеркалом) 2 на входе — на рис. 2.1.6.1б [2.1.6.4]. В пер-
вом случае линза Френеля 6 расположена на некотором расстоянии от линзового
компенсатора 2 и сопряжена с ИЛПИ (ИЛПН) 5 через отверстие в центральной
нерабочей части компенсатора 2. Во втором случае линза Френеля 6 своей пло-
ской поверхностью приклеена к первой оптической поверхности защитного стек-
ла 2 (плоскопараллельной пластины) и сопряжена непосредственно через него
с ИЛПИ (ИЛПН) 5. В варианте на рис. 2.1.6.15а возможна модернизация серий-
ных зеркально-линзовых объективов ПНВ, а в варианте на рис. 2.1.6.15б достига-
ются минимальные масса и габаритные размеры.
Рис. 2.1.6.6. Оптическая схема широко-
угольного объектива ОСФИ
Рис. 2.1.6.7. Оптические схемы объективов ОСФИ с f 320 мм (а) и 400 мм 9 (б)
а б в
2.1. Объективы 77
Для осветителя с плавно
изменяемым углом подсвета
(который можно связать с соот-
ветствующим изменением вре-
менной задержки) могут быть
использованы вариообъективы
с плавно изменяемым фокус-
ным расстоянием (рис. 2.1.6.11)
[2.1.6.1]. По сравнению с варио-
объективами для приемной части
ПНВ такие системы получаются
более простыми как за счет узко-
го диапазона ахроматизации, со-
ответствующего рабочему спек-
тру излучения ИЛПИ (ИЛПН),
так и менее жестких требований
к качеству изображения.
Для эффективного снижения
массы и габаритов наиболее це-
лесообразно использование ком-
бинированных зеркально-лин-
зовых объективов (рис. 2.1.6.12,
2.1.6.13) [2.1.6.1]. В фокальной
плоскости, соответствующей
точке фокуса F1, устанавливается
фотокатод ЭОП, а в точке фокуса
F2 — ИЛПИ (ИЛПН). В объек-
тиве по схеме на рис. 2.1.6.12 ис-
пользуются как для передачи, так
и для приема излучения одни и те
же крупногабаритные компонен-
ты объектива, только разные их
участки. В схеме на рис. 2.1.6.13
используется независимый ход
лучей. И в том, и в другом слу-
чае рационально используется
Рис. 2.1.6.8. Оптические схемы объективов ОСФИ
с одной асферической поверхностью: а) парабола;
б) гипербола
Рис. 2.1.6.9. Оптические схемы объективов ОСФИ
с одной киноформной поверхностью (К — кино-
формная поверхность)
Рис. 2.1.6.10. Оптические схемы зеркально-линзо-
вых объективов ОСФИ
б
г
а
в
Рис. 2.1.6.11. Оптические схемы вариообъективов ОСФИ: а) отечественная модель; б) мо-
дель фирмы Valpey Corp., США
а б
78 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
центральная часть первого компонента однолинзового
компенсатора полевых аберраций, являющаяся нерабо-
чей для обычного приемного зеркально-линзового объ-
ектива.
Для лазерных целеуказателей (используемых обычно
в комплексе с наголовным ночным монокуляром или
с очками ночного видения) и малогабаритных лазерных
осветителей целесообразно применение малогабарит-
ной оптики ОСФИ. Оптические схемы таких объекти-
вов приведены на рис. 2.1.6.16‒2.1.6.18. При проектиро-
вании данных объективов следует учесть, что защитное
стекло полупроводникового лазерного излучателя, работающего, как правило,
в непрерывном или в квазинепрерывном режиме (ИЛПН), имеет толщину от 0,17
до 0,8 мм. Поэтому необходимо не только предусмотреть соответствующее заднее
Рис. 2.1.6.12. Оптическая схема ком-
бинированного зеркально-линзового
объектива ОСФИ с общим зеркалом
Манжена и однолинзовым компенса-
тором полевых аберраций
Рис. 2.1.6.13. Оптическая схема комбини-
рованного зеркально-линзового объектива
ОСФИ с нерабочим центральным участком
линзы-зеркала для использования в качестве
параболического зеркала объектива ОСФИ
Рис. 2.1.6.14. Схема про-
хождения луча в линзе
Френеля, используемой
в качестве ОСФИ
Рис. 2.1.6.15. Зеркально-линзовый объектив с однолинзовым компенсатором 2 на входе (а)
и без него (б) — с плоскопараллельной пластиной (защитным стеклом — плоским зерка-
лом) 2 на входе
а б
2.1. Объективы 79
вершинное фокусное расстояние, но и вы-
полнить плоской оптическую поверхность,
обращенную к защитному стеклу ИЛПН.
Среднеквадратическая погрешность вол-
нового фронта должна быть не более 0,05
от длины волны ИЛПН (<0,05 ). Желатель-
но, чтобы габаритные размеры такого объ-
ектива не превышали 812 мм. С учетом
этих требований фирма Melles Griot (США)
разработала ряд объективов для лазерных
целеуказателей. Объективы имели расчетную
длину волны 0,83 мкм, числовую апертуру
от 0,62 (при фокусном расстоянии 6,5 мм,
диаметре входного зрачка 8 мм, максималь-
ном искажении волнового фронта 0,04)
до, соответственно, 0,2 (при фокусном рас-
стоянии 50 мм, диаметре входного зрачка
20 мм, максимальном искажении волнового
фронта 0,07). На рис. 2.1.6.19 представле-
ны различные схемы объективов для лазер-
ных целеуказателей. На рис. 2.1.6.19а дана
схема объектива, допускающая получение
максимального заднего вершинного фокус-
ного расстояния. На рис. 2.1.6.19б дана схема
объектива с плоскопараллельной пластиной.
Схема позволяет уменьшить сферическую
аберрацию, снизить требования к децентри-
ровке линз, обеспечивает небольшую стои-
мостью изготовления объектива. Линзовые
дублеты по схемам (рис. 2.4.46в, г) позволяют
добиться также невысокой стоимости изго-
товления объектива при условии сохранения
достаточно высокого качества изображе-
ния. При условии добавления к этим схемам
апланатического мениска (рис. 2.1.6.19д, е)
хорошо исправляются сферическая аберрация и кома. Фирма Micro Laser Systems
(США) разработала объектив по схеме «Петцваль» (рис. 2.1.19ж) для расчетной
длины волны 0,83 мкм с числовой апертурой от 0,62 при фокусном расстоянии
8,2 мм, диаметре входного зрачка 6 мм, максимальном искажении волнового
фронта 0,05, заднем вершинном фокусном расстоянии 2,92 мм. Все линзы
выполнены из стекла БК7. Объектив для обеспечения круглого пятна подсвета
содержит цилиндрическую линзу для устранения астигматизма, возникающего
в лазерном пучке из-за различных расходимостей излучения в вертикальной и го-
ризонтальной плоскости.
Рис. 2.1.6.16. Оптическая схема объ-
ектива целеуказателя лазерного,
оптический выпуск Л1144-В91-355,
f = 8 мм, О = 1:1,4, 2ω = 1°
Рис. 2.1.6.17. Оптическая схема объ-
ектива целеуказателя лазерного,
f = 5 мм, О = 1:1,6, 2ω = 1°
Рис. 2.1.6.18. Оптическая схема объ-
ектива целеуказателя лазерного,
f = 20 мм, О = 1:2, 2ω = 1°
80 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Фирма Wild Heerbrugg (Швейцария) для лазерного целеуказателя REM 007
разработала объектив для расчетной длины волны 0,83 мкм с относительным
отверстием 1:1,3 при фокусном расстоянии 9 мм, угле подсвета 2,6 мрад, заднем
вершинном фокусном расстоянии 2,92 мм (рис. 2.1.6.19з). Практика показала,
что оптимальным решением являются 3- или 4-линзовые объективы, т. к. система
из пяти линз не обеспечивает необходимой величины среднеквадратической по-
грешности волнового фронта.
Этому требованию удовлетворяют схемы отечественных объективов
(рис. 2.1.6.16‒2.1.6.18).
Для снижения стоимости объективов фирма Eastman Codak Co. (США) разра-
ботала одноэтапный технологический процесс отливки линз FLM. Этот процесс
позволяет получить отливки пластмассовых линз с асферическими поверхностя-
ми с помощью высокоточного литья под давлением без дальнейшей обработки.
При этом возможно объединение оптически контролируемых пластмассовых
линз в единый линзовый компонент и уменьшить число линз в схеме объектива.
На рис. 2.1.6.196. представлены объективы, выполненные по этой технологии
в однолинзовом (рис. 2.1.6.19и) и двухлинзовом (рис. 2.1.6.19к) исполнении.
При этом двухлинзовая схема соответствует требованиям к 4-линзовой схеме,
среднеквадратическая погрешность волнового фронта менее 0,04 (на отдель-
ных образцах — менее 0,02) для рабочей длины волны 0,828 мкм. Фирма Philips
(Нидерланды) также выпускает серийные пластмассовые объективы, изготовлен-
ные по той же технологии FLM. Объективы, линзы которых выполнены из ра-
диационно стойкого поликарбоната, имеют для расчетной длины волны 0,83 мкм
числовую апертуру 0,45 при фокусном расстоянии 4,5 мм, максимальном иска-
жении волнового фронта 0,05, заднем вершинном фокусном расстоянии 1,9 мм.
Рабочая температура объектива составляет −40…+50 °C, температурa хранения
−30…+85 °С.
Рис. 2.1.6.19. Различные оптические схемы объективов целеуказателя лазерного
г
з
б
е
в
ж
а
д
д д
2.1. Объективы 81
Для указанных объективов может быть использована градиентная оптика
[2.1.6.25, 2.1.6.26]. В работе [2.1.6.25] показана возможность создания градиент-
ного объектива c внутренними асферическими поверхностями и с радиально
распределенным показателем преломления (рис. 2.1.6.20a). Изготовленный гра-
диентный объектив имеет фокусное расстояние 0,36 мм при световом диаметре
0,62 мм, угловом поле зрения в пространстве предметов 70°. Изготовлен также
объектив с фокусным расстоянием 2,0 мм, диаметром 2,7 мм при угловом поле
зрения в пространстве предметов 60°. Для лазерных целеуказателей были также
изготовлены высокоапертурные граданы с фокусным расстоянием 3 мм при диа-
метре 1,75 мм и длине 5 мм. В работе [2.1.6.26] показана возможность создания
градиентной линзы со сфероконцентрическим распределением показателя пре-
ломления для коллимации излучения ИЛПН в лазерном целеуказателе. Внешний
вид этой линзы дан на рис. 2.1.6.20б, а характер распределения показателя пре-
ломления n вдоль оптической оси z градиентной линзы — на рис. 2.1.6.20в. Линза
была рассчитана для ИЛПН типа ИЛПН-108 с углом расходимости излучения
в плоскости, параллельной р-n-переходу, равном 5°, а в плоскости, перпендику-
лярной р-n-переходу, равном 22°. Линза имеет фокусное расстояние 7,02 мм при
относительном отверстии 1:1,8 и рабочем отрезке 6,33 мм. По своим аберраци-
онным характеристикам этот объектив эквивалентен трехлинзовому объективу,
но имеет существенно меньшие массу и габариты. На расстоянии до 25 м 80 %
лазерного излучения было сконцентрировано в круге диаметром 50 мм [2.1.6.1].
На основе рассмотренных объективов возможно построение осветите-
ля с уменьшенными продольными габаритами за счет его построения на базе
Рис. 2.1.6.20. Объектив градиентный (а), плосковыпуклая градиентная линза (б) и распре-
деление показателя преломления n вдоль оптической оси z этой линзы (в)
а б
в
82 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
группового излучателя [2.1.6.1, 2.1.6.19] (рис. 2.1.6.21). Такой излучатель состо-
ит из отдельных стандартных модулей, каждый из которых содержит объектив
ОСФИ и ИЛПИ (ИЛПН). Оптические оси отдельных модулей взаимно парал-
лельны, так что излучение суммируется в едином угле подсвета, равном углу под-
света отдельного модуля.
При этом излучающая поверхность решетки ИЛПИ (ИЛПН) устанавливается
на расстоянии от фокальной плоскости объектива. На этом расстоянии сум-
мируются элементарные диаграммы направленности решетки, образуя распре-
деление, проецируемое на местность объективом. Величина соответствует пере-
сечению диаграмм направленности элементарных областей решетки на уровне
половинной интенсивности (рис. 2.1.6.21а) и определяется по формуле;
= a (2 tg 0,5 0,5)1. (2.1.6.10)
Соответственно (см. рис. 2.1.6.48а):
a = a + 2 tg U. (2.1.6.11)
2 = 2 arctg a/2 fОБ. (2.1.6.12)
От величины 2 U зависит светосила объектива и дистанция формирования
излучения группового модуля (lO), с которой начинает соблюдаться закон обрат-
ных квадратов (рис. 2.1.6.21б):
Рис. 2.1.6.21. Схема суммирования диаграмм направленности элементарных лазерных дио-
дов в решетке ИЛПИ (ИЛПН) (а) и элементарных лазерных модулей (б) лазерного освети-
теля, построенного по схеме группового излучателя
а
б
2.1. Объективы 83
lО = lO = G/2 tg = S fОББ(S + fОБ)1 + G(2 tg )1,
S = fОБ + a(2 tg 0,5 )1. (2.1.6.13)
Излучение всех модулей, входящих в состав группового излучателя, сумми-
руется в едином угле подсвета 2 , равном углу подсвета элементарного модуля.
На дистанции l2 = 2 l1 = G(tg )1 образуется гомогенное пятно подсвета. Ха-
рактер распределения излучения элементарных ИЛПИ (ИДПН) практически
не сказывается на гомогенности единого пятна подсвета за счет наложения пятен
подсвета от отдельных модулей. Групповой излучатель обладает рядом преиму-
ществ, так как позволяет использовать несколько маломощных и более дешевых
ИЛПИ (ИЛПН) вместо одного мощного и более дорогого. Групповой излучатель
позволяет сократить продольные габариты и массу осветителя по сравнению с ва-
риантом единого излучателя, так как фокусные расстояния объективов модулей
могут быть значительно меньше фокусного расстояния объектива единого излу-
чателя для обеспечения одной и той же энергетической силы света. Повышается
ремонтопригодность осветителя за счет замены отдельных отработавших модулей,
Рис. 2.1.6.22. Общий вид прожекторов ОУ-3Г (а), Л-2Г (б), ОУ-5 (в) и Л-4 (г): 1 — корпус,
2 — блок ИК-фильтра. 3 — отражатель, 4 — источник света, 5 — патрон, 6 — задняя крыш-
ка. 7 — анодный узел лампы, 8 — токоведущая шина [2.1.6.27]
а б в г
Рис. 2.1.6.23. Зависимости спектрального распределения чувствительности Sλ (1,2) много-
щелочного (1) и кислородно-цезиевого (2) фотокатодов, сила излучения дуговой ксено-
новой лампы типа ДксЭл-450 (3) и влияние температуры нагрева на степень пропускания
(τλ) излучения фильтром ИКС-970, температура равна 20(I), 50 (II), 100 (III), 150 (IV), 200
(V), 250 (VI), 300 °C (VII) [2.1.6.27]
84 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
а также удобство его компоновки в аппаратуре за счет взаимного пространствен-
ного разделения отдельных модулей (при условии сохранения взаимной парал-
лельности их оптических осей). Недостатком группового модуля по сравнению
с вариантом использования только одного мощного ИЛПИ (ИЛПН) является
усложнение конструкции осветителя и трудность его юстировки при большом ко-
личестве модулей. Поэтому применение группового модуля оправдано в случае,
если указанные недостатки компенсируются перечисленными достоинствами
осветителя, в первую очередь снижением его массы и габаритов.
Все рассмотренные оптические системы могут в равной мере применяться
и в качестве ОСФИ светодиодных излучателей [2.1.6.1].
В технике ночного видения применяются и ламповые источники света: ксе-
ноновые и галогенные лампы. Их применяют как для возимых, так и для пор-
тативных ПНВ. В работе [2.1.6.27] рассмотрены прожекторы для возимых ПНВ
(рис. 2.1.6.23). Они выполнены на основе параболического отражателя и инфра-
Рис. 2.1.6.24. Различные схемы построения оптических систем ИК-прожекторов [2.4.29]
2.1. Объективы 85
красного фильтра (рис. 2.1.6.22). В зависимости от температуры излучателя опти-
ческие характеристики ИК-прожектора претерпевают изменения [2.1.6.29]. Воз-
можно сочетание параболического отражателя и линз Френеля различного типа
[2.1.6.28]. Типичные схемы построения оптических систем прожекторов пред-
ставлены на рис. 2.1.6.22, 2.1.6.24 [2.1.6.26].
Вопросы проектирования всех указанных выше оптических систем изложены
в [2.1.6.1‒2.1.6.7, 2.1.6.9‒2.1.6.11, 2.1.6.18, 2.1.6.19, 2.1.6.25, 2.1.6.26].
Для резкого сокращения массы и габаритов объективов НТВС и малогаба-
ритных ПНВ за последние годы предложена технология создания так называе-
мых «многократно сложенных» кольцевых построителей изображения» [2.1.6.29].
В таком асферическом объективе излучение входит через внешнюю кольцевую
оптическую поверхность и фокусирутся серией концентрических зональных от-
ражателей в плоскости изображения. При этом продольные габариты объектива,
например, с фокусным расстоянием 35 мм и относительным отверстием 1:1,4
не превышают 5 мм при весьма высокой разрешающей способности. Однако тех-
нология изготовления подобных объективов достаточно сложна и требует серьез-
ной проработки.
Список литературы
2.1.6.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных
условиях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
2.1.6.2. Панов В.А, Кругер М. Я., Кулагин В. В. и др. Справочник конструктора
оптико-механических приборов / Под общ. ред. В. А. Панова. — Л.: Ма-
шиностроение, 1980. — 742 с.
2.1.6.3. Турыгин И. А. Прикладная оптика. Часть I, 1965 г. — 243 с., часть II,
1966. — 431 с. — М.: Машиностроение.
2.1.6.4. Бегунов Б. Н., Заказнов Н. Л., Кирюшин С. И. и др. Теория оптических
систем. — Л.: Машиностроение, 1969. — 670 с.
2.1.6.5. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. — Л.: Машиностроение, 1969. —
670 с.
2.1.6.6. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. — Л.: Машиностроение, 1975. —
540 с.
2.1.6.7. Русинов М. М., Грамматин А.П, Иванов П. Д. и др. Вычислительная оп-
тика: Справочник. Под общ. Ред. М. М. Русинова. — Л.: Машинострое-
ние, 1984. — 423 с.
2.1.6.8. Волков В. Г. Приборы подводного видения. Специальная техника, 2003. —
№ 3. — С. 2‒15, № 4. — С. 2‒10.
2.1.6.9. Архутик С. Т., Волков В. Г., Козлов К. В., Саликов В. Л., Украинский С. А.
Инфракрасные лазерные прожекторы // Специальная техника, 2005. —
№ 2. — С. 6‒11.
2.1.6.10. Архутик С. Т., Волков В. Г., Зайцева Е. И., Козлов К. В., Саликов В. Л.,
Украинский С. А. Модернизация приборов ночного видения // Специ-
альная техника, 2005. — № 3. — С. 8‒14.
86 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
2.1.6.11. Волков В. Г. Применение линз Френеля в качестве объективов форми-
рования излучения лазерных осветителей, используемых в технике ноч-
ного видения. Вопросы оборонной техники, серия 11, 1976 г. — Вып. 1
(148) — 2 (149). — С. 33‒36.
2.1.6.12. Гринкевич А. В. Оптические системы приборов ночного видения // Оп-
тический журнал, 1999. — Т. 6. — № 12. — С. 17‒20.
2.1.6.13. Гринкевич А. В. Светосильный объектив с подвижным компонентом
для приборов ночного видения // Оптический журнал, 2003. — Т. 7. —
№ 9. — С. 43‒46.
2.1.6.14. Объективы светосильные. Проспект фирмы Kollsman Corp. — США,
1976.
2.1.6.15. Объективы светосильные. Проспект фирмы KOWA American Corp. —
США, 1992.
2.1.6.16. Богачев Д. Л. Объектив прямого изображения с трипель-призмой // Оп-
тический журнал, 1997. — Т. 64. — № 7. — С. 68‒69.
2.1.6.17. Бабинцев В. Ф., Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф. Оптические системы
приемной части активно-импульсных оптико-электронных приборов
наблюдения. Вопросы оборонной техники, серия 11, 1994. — Вып. 1‒2
(140‒141). — С. 28‒33.
2.1.6.18. Волков В. Г. Объективы формирования излучения осветителей, выпол-
ненных на базе полупроводниковых лазерных излучателей // Вопросы
оборонной техники, серия 11, 1994. — Вып. 1‒2 (140‒141). — С. 28‒33.
2.1.6.19. Волков В. Г. Оптические системы осветителей на базе групповых полу-
проводниковых лазерных излучателей // Вопросы оборонной техники,
серия 11, 1994. — Вып. 1‒2 (140‒141). — С. 34‒36.
2.1.6.20. Волков В. Г., Добровольский Ю. А., Кощавцев Н. Ф., Кускова М. А.,
Объедкова Т. Г. Низкопрофильные очки ночного видения модульной
конструкции // Прикладная физика, 2000. — № 5. — С. 38‒44.
2.1.6.21. Волков В. Г., Добровольский Ю. А., Кощавцев Н. Ф., Кускова М. А.,
Объедкова Т. Г. Новые объективы с двумя фокусными расстояниями
для приборов ночного видения // Прикладная физика, 2000. — № 5. —
С. 44‒49.
2.1.6.22. Волков В. Г. Приборы ночного видения новых поколений // Специаль-
ная техника, 2001. — № 5. — С. 2‒8.
2.1.6.23. Волков В. Г. Наголовные приборы ночного видения // Специальная тех-
ника, 2001. — № 5. — С. 2‒8.
2.1.6.24. Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф., Кускова М. В., Леонова Г. А., Соко-
лов Д. С. Миниатюрные приборы ночного видения // Оборонный
комплекс — научно-техническому прогрессу России, 2001. — № 1. —
С. 81‒86.
2.1.6.25. Архипова Л. Н. Новые схемы объективов на основе градиентных мате-
риалов и компонентов с внутренними асфериками // Оптический жур-
нал, 1994. — № 8. — С. 77‒80.
2.2. Фильтры 87
2.1.6.26. Прокофьев А. Е., Осомкин А. В., Палашов В. Н., Сизов О. В., Чистя-
ков С. О. Линза со сфероконцентрическим распределением показателя
преломления для коллимации излучения полупроводникового лазер-
ного диода // Оптический журнал, 1994. — № 8. — С. 54‒56.
2.1.6.27. Басов Ю. Г., Раквиашвили А. Г., Сысун В. В. Инфракрасные прожекторы
постоянного излучения // Оптический журнал, 2003. — Т. 70. — № 3. —
С. 59‒64.
2.1.6.28. Справочная книга по светотехнике. Под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.:
Энергоатомиздат, 1995. — 528 с.
2.1.6.29. Tremblay E. J., Stack R. A., Morrison R. L., Ford J. E. Ultrathin cameras using
annular folded optics. Applied Optics, 2007. Vol. 46. № 4. P. 463‒471.
2.2. Ôèëüòðû
2.2.1. Фильтры для ПНВ
Для ПНВ большое значение имеет применение фильтров, которые способны
подавлять световые помехи. Конкретным примером является фильтр «хамелеон»,
выполненных на основе ЖК [2.2.1.1]. Такие фильтры используются для защиты
зрения сварщика от ослепления интенсивным видимым светом сварки. Под дей-
ствием напряжения ЖК ориентируются так, что они подавляют поляризованный
свет [2.2.1.2]. Такой фильтр защищает также от УФ- и ИК-излучения. Время сра-
батывания фильтра составляет менее 1 мс. Однако при температуре −5 °C время
срабатывания становится менее 0,5‒0,9 с. Такие фильтры поэтому эксплуатиру-
ют при температуре не ниже −10 °C [2.2.1.2]. Фильтр «хамелеон» маски сварщика
«Корунд» имеет размеры 11090 мм, время срабатывания 0,2‒0,5 мс при темпера-
туре эксплуатации −5…+55 °C и массе 490 г [2.2.1.3]. Фильтр Speedglass 9100Х фир-
мы 3М (Швеция) [2.2.1.4] размером 10754 мм имеет время срабатывания 0,1 мс
при температуре эксплуатации −5…+55 °C и массе 425 г.
Для защиты ПНВ от избыточного света используют нейтральные фильтры.
Они дают возможность наблюдать в ПНВ в дневное время суток при полностью
открытом входном зрачке объектива. Эти же фильтры защищают объектив ПНВ
от механических повреждений, пыли, грязи, влаги и пр.
Для работы ПНВ совместно с лазерными полупроводниковыми или светоди-
одными излучателями используются полосовые фильтры с полосой пропускания,
близкой к рабочей спектральной области этих излучателей. В частности, фирма
«Фотоник-фильтры» выпускает полосовые фильтры для видимой, УФ-, ИК-об-
ласти спектра с полушириной спектра 5‒10 нм, 6‒8 нм и с пропусканием до 80 %
[2.2.1.1]. Однако спектр пропускания полосовых фильтров смещается в сторону
коротких длин волн при увеличении угла падения излучения, хотя пропускание
фильтра (форма его спектральной характеристики) в диапазоне углов падения
излучения 0‒30° почти не меняется (рис. 2.2.1.1) [2.2.1.1]. При работе фильтра
в коническом пучке для квазимонохроматического (лазерного) излучения лучи,
В настоящее время в современной технике широкое распространение получили
оптико-электронные приборы визуализации изображения (ПВИ). Они исполь-
зуются в системах охраны и досмотра, при проведении спасательных работ, для
обеспечения пожарной и радиационной безопасности, в криминалистике, при
проведении работ по добыче полезных ископаемых, в медицине, в строитель-
стве, транспорте, в производственных технологических процессах, в метроло-
гии, для мониторинга и др.
К ПВИ относятся пассивно-активные и активно-импульсные приборы ноч-
ного видения (ПНВ), телевизионные системы (ТВС), тепловизионные приборы
(ТВП) и многоканальные ПВИ (МПВИ).
В работах [1–3] подробно изложены идеология построения и принцип дей-
ствия этих ПВИ, описаны их технические параметры и характеристики, пока-
заны их современные и перспективные возможности, рассмотрены методы их
испытаний в лабораторных и в натурных условиях.
Однако для того, чтобы со знанием дела разрабатывать, производить и экс-
плуатировать ПВИ, необходимо хорошо знать их современную и перспектив-
ную элементную базу.
В связи с этим в настоящей работе рассмотрены основные элементы ПВИ:
• для ПНВ — объективы, фильтры, электронно-оптические преобразова-
тели (ЭОП), осветители и целеуказатели, принадлежности;
• для АИ ПНВ — импульсные ЭОП, импульсные лазерные осветители;
• для ТВС — объективы, фильтры, ТВ-камеры, ТВ-мониторы,
принадлежности;
• осветители и целеуказатели для ПНВ, ТВС, АИ ПНВ;
• для ТВП — ИК-объективы, фильтры, сканирующие системы, фотопри-
емные устройства, мультиплексоры, системы охлаждения и стабилиза-
ции температуры;
• для МПВИ — двух- и многоканальные объективы, двух- и многоканаль-
ные фотоприемные устройства.
Для всех типов ПВИ рассмотрены их источники первичного питания.
Авторы данной книги многие годы своей инженерной и научно-техниче-
ской деятельности посвятили вопросам разработки, исследования и развития
ПВИ для различных областей их применения, а также проблемам создания оп-
тимальной основной элементной базы для всех типов ПВИ.
Данная книга является учебным пособием для студентов вузов.
Кроме того, авторы считают, что настоящая книга окажется полезной для
аспирантов, научных и инженерно-технических работников, специализирую-
6 Введение
щихся в области разработки, производства и применения ПВИ и их основной
элементной базы в различных отраслях науки и техники.
Авторы с признательностью примут замечания и предложения по улучше-
нию содержания и формы изложенного в данной книге материала для новой
встречи с читателями.
Литература
1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
3. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Достижения в технике видения. — М.: Техносфе-
ра, 2019, в двух книгах: книга 1, 580 с, книга 2, 436 с.
ÃËÀÂÀ 1
ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß
Î ÏÐÈÁÎÐÀÕ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ
ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈß (ÏÂÈ)
1.1. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ïðèáîðîâ íî÷íîãî âèäåíèÿ (ÏÍÂ)
Проблема обеспечения видения при низких уровнях освещенности (сумерки,
ночь) и в полной темноте всегда оставалась актуальной как для военной, так и для
гражданской техники. Однако решение этой проблемы стало одной из наиболее
трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и создания
значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания при-
боров ночного видения (ПНВ) стало открытие в начале XIX века инфракрасного
(ИК) излучения. Однако устройство, способное «видеть» предметы не в оптиче-
ском (видимом), а в ИК-диапазоне спектра, было создано лишь в 1934 г. Этот мо-
мент принято считать началом эры ночного видения [1.1.1, 1.1.2].
Развитие ПНВ можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление
их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от пре-
дыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, сни-
жением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойко-
сти к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ. Главным
признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной
элемент — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный
для преобразования невидимого глазом ИК-изображения в видимое и усиления
его по яркости. Поколения ЭОП и соответствующие им поколения ПНВ таковы:
0, 1, 1+, 2, 2+, 2++, 3, 3+, 4, 5 [1.1.1, 1.1.2].
Принцип действия ПНВ основан на преобразовании инфракрасного (ИК)
излучения в видимое и на усилении низких уровней яркости, создаваемых на на-
блюдаемом объекте свечением ночного неба, звезд и луны в видимой и ближней
ИК-области спектра. Принцип действия ПНВ поясняется на рис. 1.1.1 [1.1.1, 1.1.2].
Объектив 1 (рис. 1.1.1) создает перевернутое изображение объекта на по-
лупрозрачном фотокатоде ЭОП 2. Перед фотокатодом 4 ЭОП 2 может быть
установлен красный фильтр 3, который служит для повышения контраста
в изображении объекта. Световой поток, попадая на фотокатод 4, возбуждает
фотоэлектроны. Распределение их плотности соответствует распределению
освещенности на фотокатоде. Фотоэлектроны такого «электронного изображе-
ния» ускоряются электрическим полем, формируемым с помощью электронной
оптики 5 ЭОП. Ускорение электронов происходит за счет энергии высоковольт-
8 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ного источника питания (ВИП) 6,
который подает на экран 7 ЭОП вы-
соковольтное напряжение. Ускорен-
ные фотоэлектроны фокусируются
электронной оптикой 5 на катодо-
люминесцирующий экран 7. Послед-
ний под воздействием фотоэлектро-
нов излучает свет в видимой области
спектра. Экран 7 обычно изготавли-
вается из люминофора желто-зеле-
ного цвета свечения. Электронная
оптика 5 оборачивает изображение,
которое наблюдается глазом через
окуляр 8.
ВИП 6 подключен к первичному источнику питания 9 — бортсети или ак-
кумуляторной батарее. В состав ПНВ может входить ИК-осветитель 10. Он со-
стоит из ИК излучателя 11 (лампа, ИК-светодиод или ИК полупроводниковый
лазерный излучатель), оптики 12 формирования (коллимирования) его излуче-
ния и ИК-фильтра 13 (устанавливаемого только для лампы и подавляющего ее
видимое и ультрафиолетовое излучение). Излучатель 11 подключен к блоку его
питания 14 (преобразователь напряжения или блок накачки), который питается
от автономного источника 15 или от общего источника 9.
Осветитель служит для работы прибора в почти полной темноте. Его ис-
пользование необязательно: он применяется только в активных либо в пассив-
но-активных приборах и эффективен лишь при условии нормальной прозрач-
ности атмосферы.
В качестве фотокатодов в ЭОП первоначально получили применение кис-
лородно-серебряно-цезиевые (S-1), а в дальнейшем — многощелочные (S-20,
S-25 или 2+) и полупроводниковые фотокатоды с отрицательным электронным
сродством на основе арсенида галлия.
Исторически ПВИ в виде ПНВ на основе ЭОП появились первыми. Их со-
здание было связано прежде всего с успехами в области разработки ЭОП
в 30‒40-х годах XX века. Они использовались как ПНВ для военных целей.
Первые образцы таких приборов с успехом были использованы во время Второй
мировой войны. Это были активные ПНВ нулевого поколения. Их отличитель-
ные особенности:
• линзовые объективы;
• ЭОП с кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодом (S-1), чувстви-
тельным в области спектра от 0,4 до 1,2 мкм; однокамерные, стеклянная
конструкция;
• наличие инфракрасного (ИК) прожектора, выполненного на базе обычной
лампы накаливания, но с ИК-фильтром, пропускающим излучение только
в области спектра 0,8‒1,2 мкм и отсекающим видимую его область;
• выносной источник питания, конструктивно отделенный от ЭОП.
Рис. 1.1.1. Принцип действия ПНВ
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 9
В дальнейшем уже после войны в 50-х годах были разработаны каскадные
ЭОП, в связи с чем можно было использовать ЭОП двух- и трехкамерного типа.
Это привело к резкому увеличению их коэффициента усиления по яркости
(от сотен для однокамерного до нескольких сотен тысяч для трехкамерного),
хотя и сопровождалось уменьшением разрешающей способности (соответ-
ственно, с 60‒100 штр/мм до 30 штр/мм).
ПНВ нулевого поколения не могли работать в пассивном режиме (без под-
света) из-за высокого уровня темновых шумов фотокатода S-1, обусловленных
значительным уровнем его термоэмиссии; можно было вести наблюдение или
при использовании подсвета, или при исключительно высоком уровне есте-
ственной освещенности, либо требовалось термоэлектрическое охлаждение
фотокатода. Дальность действия таких ПНВ была невысока. С одной стороны,
это определялось малым коэффициентом усиления яркости ЭОП с фотокато-
дом S-1 и низкой чувствительностью последнего (которая в известной степени
компенсировалась работой в ближней ИК-области спектра, где выше уровни
природных контрастов по сравнению с видимой областью). С другой сторо-
ны, излучение подсвета рассеивалось в атмосфере, причем главным образом
в обратном направлении. Излучение обратного рассеяния создавало фоновую
помеху, которая накладывалась на изображение наблюдаемого объекта и сни-
жала контраст в его изображении. Это обстоятельство ограничивало дальность
действия ПНВ даже при нормальной прозрачности атмосферы, а при понижен-
ной ее прозрачности (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) ПНВ просто стано-
вился неработоспособным. Излучение ИК-подсвета демаскировало прибор при
условии его применения для полиции или для военных целей. Демаскировка
может быть обеспечена как с помощью любого индикатора ИК-излучения или
аналогичного ПНВ, так и непосредственно невооруженным глазом, который
при низких уровнях освещенности мог воспринимать ИК-излучение ближнего
диапазона вплоть до 1,2 мкм. Из-за наличия в составе ПНВ ИК-прожекторов
ПНВ обладают значительными массой, габаритами и энергопотреблением.
ЭОП нулевого поколения, как и все малогабаритные преобразователи изобра-
жения, имеют электростатическую фокусировку последнего. Но при этом из-за
наличия плоского стеклянного входа и выхода разрешающая способность ЭОП
резко падает от центра к краям поля зрения до уровня не более 2‒3 штр/мм.
Из-за этого эффективная величина поля зрения ПНВ не превышает 1/4 его
номинального значения. ЭОП стеклянной конструкции не переносят засветок,
излучение которых рассеивается по всему стеклянному корпусу ЭОП. ПНВ
нулевого поколения неустойчивы к световым помехам. Единственный спо-
соб борьбы с ними — выключение прибора. ЭОП нулевого поколения имеют
выносной источник питания, что также увеличивает массу и габариты ПНВ.
Используемые в ПНВ светосильные линзовые объективы также обладали зна-
чительной массой и габаритами, а также сравнительно низким качеством изо-
бражения [1.1.1, 1.1.2].
В 60-х годах были разработаны новые многощелочные (МЩ) фотокатоды
типа S-20. Их высокая чувствительность и низкая термоэлектронная эмиссия
10 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
позволили отказаться от ИК-прожектора (или свести к минимуму время его
применения — только для особо темных ночей). Коэффициент усиления таких
ЭОП составлял от 50‒100 (в однокамерных) до 250‒500 тысяч (в трехкамерных).
В результате появилась возможность создания чисто пассивных (без подсвета)
или пассивно-активных (с подсветом только при значительном падении уровня
естественной ночной освещенности) ПНВ. Все остальные указанные недостат-
ки приборов нулевого поколения оставались прежними [1.1.1, 1.1.2].
Существенного прогресса удалось добиться благодаря созданию в 70-х го-
дах новых ЭОП первого поколения в металлокерамическом корпусе модульной
конструкции с волоконно-оптическими деталями (ВОД) на входе и выходе вме-
сто прежних стеклянных окон и с новыми фотокатодами S-25.
Изображение, формируемое объективом на входе ВОД, плоское. С помо-
щью ВОД оно сопрягается с криволинейной поверхностью фотокатода и совпа-
дающей с ним эквипотенциальной поверхностью электростатического поля,
создаваемого фокусирующими электродами электростатической оптики. Изо-
бражение, образованное фотоэлектронами на поверхности фотокатода, пере-
носится на поверхность экрана, заставляя его люминесцировать. Выходная
ВОД сопрягает криволинейную поверхность экрана ЭОП с эквипотенциальной
поверхностью электростатического поля. Благодаря этому почти нет потерь
по разрешению на краю поля зрения ЭОП (и, соответственно, ПНВ) по отно-
шению к центру. Это коренным образом отличает указанные ЭОП I поколе-
ния от описанных выше ЭОП нулевого поколения, в которых имели место
потери по разрешающей способности именно из-за несовпадения плоского
окна с криволинейной эквипотенциальной поверхностью электростатическо-
го поля. Для получения высокого коэффициента усиления яркости отдельные
модули могут быть объединены в двух- или трехмодульную конструкцию, что
сокращает габариты ЭОП. В случае выхода из строя одного модуля он мог быть
отстыкован и заменен новым. В двух- или трехкамерном ЭОП при неудовле-
творительной работе одной камеры браковался весь ЭОП. Металлокерамиче-
ская конструкция и наличие ВОД снижали чувствительность ЭОП к засветкам
и светорассеянию. В ПНВ используются зеркально-линзовые объективы, кото-
рые обладают более высоким качеством изображения, меньшей массой и габа-
ритами по сравнению с линзовыми объективами [1.1.1, 1.1.2].
ПНВ первого поколения на основе указанных выше модульных ЭОП обла-
дают, соответственно, более высоким качеством изображения.
Их появление совпало с достигнутым прогрессом в области разработки
многощелочных фотокатодов с повышенной инфракрасной чувствительностью
S-20 и S-25. Это позволило повысить дальность действия ПНВ по сравнению
с приборами нулевого поколения.
Однако ПНВ первого поколения имели целый ряд недостатков. Их про-
дольные габариты (и, соответственно, масса) оставались сравнительно велики
из-за значительного продольного габарита ЭОП. В чаще всего используемых
трехмодульных ЭОП наблюдалось снижение разрешающей способности от мо-
дуля к модулю, возрастание искажения изображения на краях поля зрения
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 11
за счет дисторсии. Сравнительно велика была и инерционность изображения,
обусловленная наличием трех люминесцирующих экранов. Оставалась высо-
кой чувствительность к засветкам от ярких источников света, что приводило
к свертыванию изображения или появлению ореолов, приводящих к потере
видимости. Применение электрических резистивных или фотоэлектрических
средств защиты от световых помех не обеспечило кардинального решения про-
блемы видимости в таких условиях [1.1.1, 1.1.2].
В 70-х годах появились микроканальные ЭОП второго поколения, что по-
зволило разработать и ПНВ второго поколения. В отличие от ЭОП первого по-
коления ЭОП второго поколения содержит только один модуль, но его коэффи-
циент усиления яркости практически не уступает величине, характерной для
трехмодульного ЭОП первого поколения. В ЭОП второго поколения дополни-
тельно устанавливается микроканальная пластина (МКП), содержащая боль-
шое количество микроканалов. При попадании фотоэлектрона с фотокатода
ЭОП в единичный микроканал электрон бомбардирует его внутреннюю по-
верхность. Последняя представляет собой полупроводник, обладающий свой-
ством вторичной эмиссии. При соударении фотоэлектрона с полупроводником
возникает некоторое количество вторичных электронов, которые под действи-
ем ускоряющего поля вдоль оси микроканала вызывают лавинообразный про-
цесс. В результате на выходе микроканала появляется целый поток электронов,
бомбардирующих люминесцирующий экран, на котором создается усиленное
подобным образом изображение. Описанный лавинный процесс умножения
происходит под влиянием электрического поля, образованного приложенным
к экрану и МКП высоким напряжением (порядка 0,8‒0,9 кВ). Микрокана-
лы имеют наклон во избежание сквозного пролета электрона без соударений
о стенки микроканала. Однородное электрическое поле, существующее между
МКП и экраном, обеспечивает формирование изображения без фокусировки.
Это уменьшает продольные габариты ЭОП. Его разрешающая способность пре-
вышает разрешение трехмодульного ЭОП первого поколения, но функция пе-
редачи модуляции выше за счет уменьшения количества модулей и ВОД, а дис-
торсия по этой же причине стала примерно в три раза меньше [1.1.1, 1.1.2].
Недостатком ЭОП с МКП является снижение отношения сигнал/шум
по сравнению с ЭОП первого поколения за счет шумов МКП. Однако это может
быть компенсировано за счет оптической системы. В ЭОП с МКП предусмо-
трена автоматическая регулировка яркости, позволяющая работать в широком
диапазоне изменения освещенности. Эти ЭОП менее чувствительны к свето-
вым помехам, чем ЭОП первого поколения, так как засветка в них локализуется
за счет насыщения соответствующих микроканалов только в пределах размера
изображения источника световой помехи, не создавая ореола.
ЭОП второго поколения может быть выполнен в виде двух вариантов: с вну-
тренним усилением (инверторного типа); бипланарного типа.
Первый вариант, по существу, представляет собой модуль ЭОП первого по-
коления, но содержащий дополнительно МКП, установленную непосредствен-
но перед экраном ЭОП. Электронная оптика оборачивает (инвертирует) изо-
12 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
бражение, обеспечивая ускорение потока фотоэлектронов и, соответственно,
дополнительное усиление по яркости. Возможно также увеличение или умень-
шение масштаба изображения с помощью электронной оптики. Электронное
изображение проецируется на МКП, усиливается в ней и с выхода МКП пере-
носится на экран. Достоинством такого ЭОП является значительное усиление
и инвертирование изображения внутри ЭОП. Недостатки — сравнительно
большие габариты и масса, а также дисторсия, хотя и в три раза меньшая, чем
у ЭОП первого поколения.
Второй вариант ЭОП с МКП использует прямой перенос изображения
в плоскопараллельном электростатическом поле. Такие бипланарные ЭОП
обеспечивают воспроизведение изображений практически без искажений и без
изменения масштаба изображения.
При прямом переносе изображения не происходит его оборачивание (ин-
вертирование). В связи с этим перевернутое изображение на фотокатоде ЭОП
остается перевернутым и на его экране. Это требует применения окулярной
системы с оборачиванием изображения. В ряде случаев это неудобно. Поэтому
в бипланарный ЭОП экран наносят на волоконно-оптический оборачиваю-
щий элемент («твистер»), который обеспечивает разворот изображения на 180°
за счет поворота на 180° выходного торца элемента по отношению ко входному.
Достоинством варианта без оборачивания изображения является его простота
и низкая стоимость за счет наличия стеклянного входа и выхода. Однако нали-
чие ВОД на выходе ЭОП обеспечивает возможность его стыковки либо с дру-
гим ЭОП, либо с ТВ-камерой. Наличие сферической поверхности на выходе
ВОД упрощает окуляр, так как благодаря такому решению ВОД превращается
в часть окулярной оптики. Недостатком бипланарных ЭОП является несколько
меньшее усиление яркости, чем в ЭОП инверторного типа, так как ускоряющее
напряжение в них меньше из-за небольшого расстояния между фотокатодом
и МКП. Достоинством таких ЭОП являются минимальные масса и габариты.
В связи с этим они и нашли наибольшее распространение в технике ПНВ [1.1.1,
1.1.2].
ЭОП третьего поколения отличаются от ЭОП второго поколения бипланар-
ного типа только использованием фотокатода с отрицательным электронным
сродством на основе арсенида галлия (GaAs) вместо многощелочного фотока-
тода. Это обеспечивает в 5‒7 раз большую чувствительность, чем у ЭОП вто-
рого поколения. Недостатком ЭОП является большая стоимость. Интегральная
чувствительность фотокатода — 1800–2200 мкА/лм [1.1.1‒1.1.3].
ЭОП поколения 3+ — тот же ЭОП поколения 3, но с использованием фото-
катода на основе соединения индий-галлий арсенид (InGaAs), работающий
в области спектра 0,4‒1,3 мкм. В этой области спектра выше уровень природ-
ных контрастов и, соответственно, выше дальность действия ПНВ. Кроме того,
можно визуализировать излучение лазерных целеуказателей-дальномеров,
работающих на длине волны 1,06 мкм. Интегральная чувствительность фото-
катода — 1400‒1600 мкА/Лм [1.1.1, 1.1.3].
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 13
ЭОП поколения 4 — ЭОП поколения 3,
но без ионно-барьерной пленки, с импульс-
ным ВИП. Дело в том, что ионно-барьерная
пленка ухудшает отношение сигнал шум,
однако без нее возможно повреждение фото-
катода положительно заряженными ионами.
Но если ВИП работает в импульсном режи-
ме, то за время действия короткого импульса
высоковольтного напряжения сравнительно
малоподвижные ионы не успевают достиг-
нуть фотокатода, а более подвижные элек-
троны успевают достигнуть экрана, создавая
изображение. Поэтому можно устранить ион-
но-барьерную пленку и повысить тем самым
отношение сигнал/шум. Кроме того, частота
работы ВИП автоматически меняется в зави-
симости от уровня естественной освещен-
ности, расширяя тем самым динамический
диапазон работы ПНВ по освещенности. Ин-
тегральная чувствительность фотокатода —
1800‒2200 мкА/Лм [1.1.1‒1.1.3].
Рис. 1.1.2. Ночной бинокль: а) псевдобинокулярный бинокль Альфа-3122; б) бинокуляр-
ный бинокль БН-2
а б
Рис. 1.1.3. Ночной монокуляр
МДН-1: а) модель МДН-1;
б) удерживаемый в руках ночной
монокуляр и изображение в него
а
б
Рис. 1.1.4. Ночной универсальный
прицельный комплекс «Альфа-1962»
Рис. 1.1.5. Лазерный целеуказатель для ком-
плекса «Альфа-1962»
14 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ЭОП поколения 5 — ЭОП поколения 4, но вместо фотокатода на основе арсе-
нида галлия используется фотокатод на основе соединения InGaAs и барьеров
Шоттки, работающий в области спектра 0,8‒1,7 мкм (а при термоэлектриче-
ском охлаждении — и до 2,2 мкм). В этой
области спектра не только выше уровень
природных контрастов, но и уровень
ЕНО, а также возрастает пропускание ат-
мосферы, допускающее работу ПНВ при
пониженной ее прозрачности (дымка, ту-
ман, дождь, снегопад, даже тактический
дым). Можно визуализировать излучение
лазерных целеуказателей-дальномеров
с длиной волны 1,54 мкм. Это поколение
находится пока еще в стадии разработки
[1.1.1, 1.1.2].
Одновременно с развитием ЭОП совер-
шенствовались их источники питания, ко-
торые в ПНВ первого-третьего поколений
имеют микроминиатюрное исполнение,
включают в свой состав систему автомати-
ческой регулировки яркости, а конструк-
тивно встроены в корпус ЭОП, к которому
подводится только напряжение первично-
го источника питания (1,5 В; 2,2‒3 В; 9 В)
в зависимости от типа ЭОП.
В пассивно-активных приборах вме-
сто ИК-прожекторов стали использовать-
ся малогабаритные осветители на базе
ИК-светодиодов и полупроводниковых
лазерных излучателей.
Если в ПНВ нулевого поколения ис-
пользовались только линзовые объективы
Рис. 1.1.6. Очки ночного видения (ОНВ): а) псевдобинокулярные ОНВ 40 ИМ ОАО «Ка-
тод»; б) бинокулярные очки ночного видения; в) очки ночного видения для пилота
а б в
Рис. 1.1.7. Ночные прицелы: а) ночной
танковый прицел ПН2М для легкого
стрелкового оружия; б) ночной танко-
вый прицел
а
б
1.1. Принцип действия приборов ночного видения (ПНВ) 15
и окуляры, то в приборах последующих поколений уже широко используются
зеркально-линзовые объективы. В окулярной системе находит применение «го-
лографическая» оптика, допускающая не только снижение массы, но и возмож-
ность одновременного видения изображения как с экрана ЭОП, так и непосред-
ственно объектов наблюдения, минуя ЭОП [1.1.1, 1.1.2].
На рис. 1.1.2‒1.1.9 представлены типичные ПНВ, а на рис. 1.1.10 — характер
изображения в ПНВ [1.1.3].
Список литературы
1.1.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
Рис. 1.1.8. Дневно-ночной бинокль
ОАО ПО КМЗ
Рис. 1.1.9. Переносной ночной прибор
наблюдения ПДНК ОАО НПЗ
а б в
г д е
Рис. 1.1.10. Изображение в ПНВ: а) солдата армии США и техники; б) солдат армии США
на местности; в) солдата армии США с ночным прицельным комплексом; г) леса; д) мест-
ности; е) львицы
16 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
1.1.2. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.1.3. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.2. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ íèçêîóðîâíåâûõ òåëåâèçèîííûõ
ñèñòåì (ÍÒÂÑ)
Достоинством ПНВ является их максимальная простота и надежность, мини-
мальные масса, габариты, энергопотребление, стоимость, высокий срок службы.
Однако им свойственен и ряд недостатков: невозможность дистанционной пере-
дачи изображения на расстояние, его дублирования и обработки, невозможность
оперативной замены прицельной марки и шкалы, сравнительно низкая стойкость
к воздействию световых помех, невозможность запоминания и тиражирования
изображения [1.2.1].
В связи с этим появились НТВС. Их достоинства по сравнению с ПНВ:
• практически круглосуточная работа за счет использования системы авто-
матической регулировки яркости и усиления, автоматического введения
нейтральных фильтров и диафрагмирования объектива,
• дистанционная передача изображения и его одновременный вывод на не-
сколько ТВ-мониторов (дублирование информации),
• цифровая обработка изображения в реальном масштабе времени,
• возможность ввода изображения в персональный компьютер, его запоми-
нания и тиражирования,
• простая замена в электронном канале служебной информации: прицель-
ных марок, шкал, цифровых данных, надписей и символов,
• большая по сравнению с ПНВ устойчивость к воздействию световых помех
за счет применения антиблюминга,
• большее удобство наблюдения изображения с экрана ТВ-монитора
по сравнению с использованием для той же цели окуляра в ПНВ,
• возможность автоматизации процессов обнаружения и распознавания
за счет использования встроенного микропроцессора.
В настоящее время малогабаритные замкнутые НТВС широко используются
для охраны различных объектов, обеспечения спасательных, ремонтных и мон-
тажных работ в сложных условиях видимости, таможенного контроля, работы
спецслужб, пограничных и правоохранительных органов.
При этом одной из главных задач является повышение чувствительности
НТВС в целях обеспечения круглосуточного наблюдения. В таких условиях диа-
пазон естественной освещенности меняется в очень широких пределах. В яркий
солнечный день освещенность на местности составляет (5‒10) · 105 лк, в пасмур-
ный день — 103 лк, в сумерки — от 102 до 1 лк, в лунную ночь при наличии полной
луны — 101 лк, при наличии месяца — 102 лк, в ясную звездную ночь — 103 лк,
в облачную звездную ночь — 104 лк. В затемненных помещениях освещенность
1.2. Принцип действия низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) 17
может опуститься еще ниже вплоть до полной темноты. Поэтому к современным
НТВС предъявляются достаточно жесткие требования по чувствительности и ши-
роте динамического диапазона работы по освещенности [1.2.2‒1.2.4].
Возможны следующие направления реализации НТВС:
1) сопряжение ТВ-камер с ЭОП,
2) создание активно-импульсных (АИ) ТВ ПВИ,
3) применение высокочувствительных ТВ-камер, работающих в реальном
масштабе времени или с накоплением,
4) дополнительное использование средств ИК-подсвета.
Первый способ создания высокочувствительных НТВС получил наиболее
широкое распространение. Сопряжение ЭОП с матрицей ПЗС ТВ-камеры обра-
зует так называемый гибридно-модульный преобразователь изображения (ГМП).
ЭОП преобразует изображение с низким уровнем освещенности в видимое и уси-
ливает его по яркости. Поскольку ЭОП выполняет роль усилителя изображения —
Image Intensifi er (II) для ПЗС — Charge Coupled Device (CCD), то в зарубежной
литературе ГМП сокращенно называют ICCD (Intensifi er CCD). При этом воз-
можны два варианта построения ГМП [1.2.2‒1.2.4].
Матрица ПЗС находится вне ЭОП; изображение с экрана последнего с по-
мощью оптики переноса (проекционный объектив или волоконно-оптическая
деталь) передается на матрицу ПЗС. Она преобразует оптическое изображение
в видеосигнал, который затем поступает в ТВ-монитор для последующего наблю-
дения изображения с его экрана (собственно ICCD).
На рис. 1.2.1 показана схема
ТВ-камеры НТВС на базе такого
ГМП.
Матрица ПЗС располагается вну-
три ЭОП. На фотокатоде ЭОП со-
здается изображение наблюдаемого
объекта и окружающего его фона. Фо-
токатод преобразует оптическое изо-
бражение в электронное. Оно ускоря-
ется электростатическим полем ЭОП
и переносится на матрицу ПЗС, смон-
тированную внутри ЭОП вместо экра-
на. При этом подложка матрицы ПЗС
утончена до 10‒15 мкм и обращена
к потоку электронов. Этот поток либо
непосредственно переносится на ма-
трицу ПЗС, либо предварительно уси-
ливается в микроканальной пластине.
За рубежом такие ГМП называют
Electron — bombarded CCD (EBCCD)
в отличие от традиционных ICCD, ис-
Рис. 1.2.1. Блок-схема НТВС на базе ICCD:
1 — объектив, 2 — ЭОП, 3 — фотокатод,
4 — микроканальная пластина, 5 — экран,
6 — оптика переноса: 6а — волоконно-опти-
ческая деталь либо 6б — проекционный объ-
ектив, 7 — матрица ПЗС, 8 — видеоусили-
тель, 9 — ТВ-монитор
Рис. 1.2.2. Блок-схема НТВС на базе EBCCD:
где 1 — объектив, 2 — ЭОП, 3 — фотокатод,
4 — матрица ПЗС, 5 — видеоусилитель, 6 —
ТВ-монитор
18 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
пользующих внешнюю матрицу ПЗС
[1.2.2‒1.2.4].
На рис. 1.2.2 показана схема
ТВ-камеры НТВС на базе такого
ГМП. В таком ГМП меньше масса
и габариты, отсутствуют потери, свя-
занные с преобразованием электрон-
ного потока в излучение экрана ЭОП,
энергетические потери в оптике пе-
реноса, потери разрешающей способ-
ности и контраста в оптике переноса,
а также влияние инерционности
экрана ЭОП, меньше уровень шумов
из-за его отсутствия [1.2.2‒1.2.4].
Блок-схема НТВС на базе ГМП
дана на рис. 1.2.3. Объектив 1 с ре-
гулируемой ирисовой апертурной
диафрагмой 2 создает изображение
на фотокатоде ЭОП 3. Диаметр диа-
фрагмы 2 определяет уровень осве-
щенности фотокатода ЭОП 3. Изо-
бражение с его экрана через фокон 4
передается на матрицу ПЗС ТВ-каме-
ры 5. Видеосигнал с ее выхода усили-
вается в видеоусилителе 6 и поступа-
ет в ТВ-монитор 7, с экрана которого
наблюдается оконечное изображе-
ние. Синхрогенератор 8 обеспечи-
вает кадровую и строчную развертку
в блоках 5‒7, а также подачу такто-
вых импульсов на ТВ-камеру 5. Сиг-
нал с ее выхода регулирует работу
блока 9 автоматической регулировки
усиления, блока 10 автоматической
регулировки яркости ЭОП, а также
сервопривода 11, управляющего дви-
гателем 12 с приводом. Двигатель
изменяет через свой привод диаметр
диафрагмы 2. В ТВ-камере 5 проис-
ходит непрерывное сравнение вы-
ходного видеосигнала с его опорным
значением. В случае рассогласования
этих сигналов блоки 9‒12 обеспечи-
вают оптимальный режим работы
Рис. 1.2.3. Общая блок-схема НТВС
Рис. 1.2.4. Внешний вид EBCCD фирмы
Hamamatsu
Рис. 1.2.5. Кривые спектральной чувстви-
тельности обычного ПЗС, кривая 1, и с по-
вышенной ИК чувствительностью, кривая 2
Рис. 1.2.6. Внешний вид корпусной камеры
на базе ПЗС
1.2. Принцип действия низкоуровневых телевизионных систем (НТВС) 19
ТВ-камеры по рабочей освещенности
и усилению. Это позволяет добиться
широкого динамического диапазона
работы ТВ-камеры [1.2.2‒1.2.4].
На рис. 1.2.4 показан внеш-
ний вид EBCCD фирмы Hamamatsu.
На рис. 1.2.5 показаны кривые спек-
тральной чувствительности обычного
ПЗС. На рис. 1.2.6 показан внешний
вид корпусной ТВ-камеры на базе ма-
трицы ПЗС, на рис. 1.2.7 — бескорпус-
ной ТВ-камеры на базе матрицы ПЗС.
На рис. 1.2.8 показаны кривые коэф-
фициента передачи контраста обычной
матрицы ПЗС (кривая 1), ICCD (кри-
вая 2), EBCCD (кривая 3). Преимуще-
ство EBCCD здесь очевидно.
Основным элементом НТВС явля-
ются ТВ-камеры [1.2.2‒1.2.4]. Раз-
личают корпусные для работы на от-
крытом воздухе или в помещении,
бескорпусные (модульные) ТВ-камеры
для встраивания их в НТВС любого
типа. Различают цветные, черно-белые
ТВ-камеры, а также ТВ-камеры типа
«день/ночь», которые могут работать как в цветном, так и в черно-белом режиме.
ТВ-камеры могут иметь стандартное (350‒380 ТВ-линий) или высокое (свыше 500
ТВ-линий) разрешение. ТВ-камеры могут работать в обычных условиях, но суще-
ствуют ТВ-камеры для работы при экстремальных внешних условиях, в том числе
и при повышенном уровне радиации. ТВ-камеры могут быть в купольном испол-
нении для охраны помещений. Различают также аналоговые и цифровые (сете-
Рис. 1.2.7. Внешний вид бескорпусной ка-
меры на базе ПЗС
Рис. 1.2.8. Сравнение кривых коэффици-
ента передачи контраста обычного ПЗС,
кривая 1, ICCD, кривая 2, и EBCCD, кри-
вая 3
Рис. 1.2.9. Цифровой бинокль Модель DC48 Рис. 1.2.10. ТВ-камера на базе ICCD, мо-
дель ГЕО НТК 4 ОАО «Геофизика-НВ»
20 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
вые) ТВ-камеры. В цифровых ТВ-камерах воплощена технология Internet Protocol
(IP), поэтому их называют IP-камеры.
За последние годы появились так называемые цифровые ПНВ, в частности
ночные бинокли (рис. 1.2.9). Они представляют собой НТВС, в которых исполь-
зуются настолько чувствительные матрицы ПЗС, что они могут конкурировать
по чувствительности с ГМП. Отсутствие ЭОП позволяет добиться высокого каче-
ства изображения. Будущее определенно за такими НТВС.
Однако широко применяются и НТВС на базе ICCD. В частности, на рис. 1.2.10
представлена ТВ-камера на базе ICCD, модель ГЕО НТК 4 ОАО «Геофизика-НВ».
Список литературы
1.2.1. Краткая история создания приборов ночного видения. armyman/info/stati/
26402.
1.2.2. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.2.3. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.2.4. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.3. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ÀÈ ÏÍÂ è ÀÈ ÍÒÂÑ
ПНВ и НТВС свойственны главные недостатки: невозможность работы при по-
ниженной прозрачности атмосферы и при воздействии мощных световых помех,
а также неспособность точного измерения дальности до объекта наблюдения.
Указанные выше недостатки ПНВ и НТВС во многом оказались преодолен-
ными благодаря созданию активно-импульсных (АИ) ПНВ.
Действие активно-импульсных (АИ) ПНВ основано на импульсном методе
наблюдения, предложенном академиком А. А. Лебедевым в 1936 г. [1.3.1‒1.3.9].
Сущность метода сводится к следующему. Объект наблюдения освещается корот-
кими световыми импульсами, длительность которых значительно меньше вре-
мени распространения света до объекта и обратно. При этом объект наблюдается
в оптический прибор, снабженный быстродействующим затвором, открываю-
щимся в такт с посылкой световых импульсов на определенное время. В том слу-
чае, когда временная задержка между моментом излучения импульса и моментом
открывания затвора равна удвоенному времени, необходимому для прохождения
светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам
объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Глубина этого
пространства определяется как временем открытого состояния затвора, так и дли-
тельностью светового импульса [1.3.1].
В дальнейшем этот метод был описан в зарубежной литературе, в которой он
обычно называется методом стробирования по дальности (Gated Viewing).
1.3. Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 21
Для реализации этого метода необходимы импульсный осветитель, генерирую-
щий достаточно короткие импульсы света, а также преобразователь изображения,
оснащенный быстродействующим затвором. Первоначально в качестве такого
осветителя использовался ламповый прожектор, а в приемной части аппаратуры
устанавливался обычный ЭОП. Импульсный режим работы приемной части обес-
печивался либо установкой перед фотокатодом ЭОП быстродействующего затвора
Керра или Поккельса, либо импульсным управлением (стробированием) ЭОП
непосредственно по напряжению высоковольтного питания. Использование ука-
занных затворов приводило к неоправданным энергетическим потерям, а строби-
рование по напряжению питания требовало ламповых электронных блоков, обла-
дающих значительными массой, габаритами и энергопотреблением [1.3.1].
В конце 40-х годов М. М. Бутслову и его коллективу удалось разработать им-
пульсные ЭОП с электронным компенсированным затвором [1.3.1]. Применение
этих ЭОП позволило существенно упростить блок стробирования и снизить его
массу, габариты и энергопотребление.
Ощутимого прогресса в развитии АИ ПНВ удалось достигнуть только в начале
60-х годов в связи с созданием лазеров. По сравнению с искровыми ламповыми
источниками лазеры обладают существенными преимуществами:
• высокой яркостью и направленностью излучения;
• монохроматичностью излучения, позволяющей использовать в приемной
части прибора узкополосные фильтры, отсекающие излучение световых
помех;
• малой длительностью импульсов излучения (единицы и десятки нс), по-
зволяющих получить сравнительно малые глубины просматриваемого про-
странства, измеряемые долями и единицами метров. Это позволяло резко
повысить контраст изображения в сильно рассеивающих средах (дымка,
туман, дождь, снегопад, вода и пр.).
В этой связи самые благоприятные результаты были получены при исполь-
зовании твердотельных лазеров, работающих в режиме модулированной доброт-
ности и генерирующих наиболее короткие мощные импульсы излучения с дли-
тельностью 20‒50 нc.
Принцип АИ ПНВ, как уже говорилось, основан на импульсном методе на-
блюдения. Он сводится к подсвету наблюдаемого объекта излучением импульсно-
го лазерного осветителя и синхронизированным с ним импульсным управлением
(стробированием) ЭОП в приемной части ПНВ.
Блок-схема АИ ПНВ с использованием твердотельных лазеров представлена
на рис. 1.3.1 [1.3.1].
Прибор работает следующим образом. В импульсном лазерном осветителе
1 функционирует активная среда 3 излучателя 2. Активная среда 3 возбуждает-
ся излучением лампы 4 закачки, запихиваемой блоком 5 ее питания. Генерация
лазерного излучения поддерживается с помощью зеркал M1 и М2 резонатора.
Модулятор добротности 6, возбуждаемый его блоком 7 питания, создает режим
Q-модуляции. Оптика 8 формирует требуемый угол подсвета и направляет излу-
чение осветителя 1 на объект наблюдения. Импульсы излучения, отразившись
22 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
от объекта, поступают в блок 14 наблюдения. Объектив 15 формирует изображе-
ние объекта на фотокатоде импульсного ЭОП 17. Фильтр 16 служит для отсечения
излучения световых помех, действующих в широкой области спектра. До прихода
импульса излучения на фотокатод ЭОП 17 затвор последнего заперт. В момент
прихода отраженного от объекта наблюдения импульса излучения затвор ЭОП
отпирается на время, равное или несколько превышающее длительность этого
импульса. Для обеспечения указанной синхронной работы осветителя 1 и блока
14 наблюдения служит фотоприемник 9, преобразующий часть энергии импульса
лазерного излучения в импульсный электрический сигнал, который запускает
ЗГИ 11, работающий в ждущем режиме. ЗГИ 11 формирует синхронизирующие
импульсы, которые задерживаются в БРЗ 12 на время, равное прохождению им-
пульсом излучения расстояния от прибора до объекта наблюдения и обратно.
С выхода БРЗ 12 синхроимпульс возбуждает ФСИ 13, который создает строби-
рующие импульсы, отпирающие затвор ЭОП 17. Последний усиливает изображе-
ние по яркости, преобразуя его в видимое. Изображение наблюдается оператором
через окуляр 18. Оператор, плавно регулируя задержку, может перемещать узкую
зону просматриваемого пространства по глубине до тех пор, пока в ее пределы
не попадет наблюдаемый объект.
Рис. 1.3.1. Блок-схема АИ ПНВ с использованием импульсного осветителя на основе
твердотельного лазера: 1 — импульсный лазерный осветитель, 2 — импульсный лазерный
излучатель, 3 — активная среда; М, М2 — зеркала резонатора, 4 — лампа накачки, 5 — блок
ее питания, 6 — модулятор добротности, 7 — блок его питания, 8 — оптика формирования
излучения (телескопическая система Галилея), 9 — фотоприемник, 10 — блок управления
и синхронизации, 11 — задающий генератор импульсов (ЗГИ), 12 — блок регулируемой
задержки (БРЗ), 13 — формирователь стробирующих импульсов (ФСИ), 14 — блок наблю-
дения, 15 — объектив, 16 — фильтр, 17 — импульсный ЭОП, 18 — окуляр (или первый
компонент оптики переноса), 19 — второй компонент оптики переноса, 20 — ТВ-канал,
21 — передающая ТВ-камера, 22 — видеоусилитель, 23 — ТВ-монитор, 24 — синхрогене-
ратор, 25 — блок деления частоты строк (при окулярном выводе изображения элементы
19–25 отсутствуют)
1.3. Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 23
Если на выходе блока 14 наблюдения установлен ТВ-канал 20, то изображе-
ние с экрана ЭОП переносится на светочувствительный элемент передающей
ТВ-камеры 21 с помощью первого 18 и второго 19 компонентов оптики пере-
носа. ТВ-камера 21 преобразует изображение в электрический сигнал, который
усиливается в видеоусилителе 22 и передается в ТВ-монитор 23, где видеосигнал
преобразуется в оптическое изображение. Синхрогенератор 24 служит для кадро-
вой и строчной синхронизации работы блоков 21‒23, а также для синхронизации
ЗГИ 11. Для выполнения последней функции сигнал строчной частоты с синхро-
генератора 24 поступает в блок 25 деления частоты, который делит частоту строк
до уровня, близкого к частоте работы осветителя 1 и кратного ей [1.1.1]. Таким
образом, вместо АИ ПНВ появилась АИ НТВС.
Однако минимальных габаритов, массы, энергопотребления, а также наибо-
лее высоких эксплуатационных показателей удалось добиться при использовании
в АИ ПВИ осветителей на базе импульсных лазерных полупроводниковых излу-
чателей (ИЛПИ).
Блок-схема АИ ПНВ с осветителем на базе ИЛПИ представлена на рис. 1.3.2.
Он работает так же, как и АИ ПНВ, представленный на рис. 1.3.1, только ЗГИ
6 запускается синхроимпульсами от блока 4 накачки, с другого выхода которого
импульсами тока возбуждается ИЛПИ 3, генерирующий равные им по длитель-
ности импульсы излучения.
Рис. 1.3.2. Блок-схема АИ ПНВ с использованием осветителя на базе импульсного лазер-
ного полупроводникового излучателя (ИЛПИ): 1 — импульсный лазерный осветитель,
2 — объектив формирования излучения, 3 — ИЛПИ, 4 — блок его накачки (усилитель тока
на полупроводниковых элементах), 5 — блок управления и синхронизации, 6 — ЗГИ, 7 —
БРЗ, 8 — ФСИ, 9 — блок наблюдения, 10 — объектив, 11 — полосовой (или отсекающий)
фильтр, 12 — импульсный ЭОП, 13 — окуляр (или первый компонент оптики переноса,
если изображение вводится в ТВ-канал), 14 — второй компонент оптики переноса, 15 —
ТВ-канал, 16 — передающая ТВ-камера, 17 — видеоусилитель, 18 — ТВ-монитор, 19 —
синхрогенератор, 20 — блок деления частоты строк
24 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
АИ ПНВ независимо от блок-схемы позволяют повысить контраст в изобра-
жении наблюдаемого объекта, а значит, и дальность действия прибора за счет
[1.3.1‒1.3.9].
• отсечения задержкой излучения обратного рассеяния, которое в обыч-
ных активных ПНВ накладывается на изображение наблюдаемого объекта
и снижает контраст в его изображении даже при нормальной или при не-
значительно ухудшенной прозрачности атмосферы;
• ослабления, равного скважности работы прибора, рассеянного в атмосфе-
ре излучения, определяемого уровнем естественной освещенности.
Это излучение в обычных пассивных ПНВ на базе ЭОП при пониженной про-
зрачности атмосферы также резко снижало контраст в изображении наблюдае-
мого объекта.
Так как объект наблюдения воспринимается в пределах очень узкой глубины
просматриваемого пространства, то фон за объектом отсекается. Это позволяет
наблюдать малоконтрастные объекты, которые не видны ни ночью в пассивные
или активные оптико-электронные приборы, ни даже днем в обычные оптиче-
ские наблюдательные приборы. Например, в АИ ПНВ отчетливо были видны
сооружения из снега (вал) или фигуры людей в белых халатах на фоне снежной
целины. Это открывает большие возможности применения АИ ПНВ для спасате-
лей или для разведки природных ресурсов, например, для выделения угля на фоне
породы.
Поскольку изображение объекта наблюдения появляется только при опре-
деленной величине задержки, соответствующей дальности до объекта, то по вели-
чине задержки можно измерять дальность до объекта. Точность измерения даль-
ности обычно достигает 10 или 5 м, но при необходимости может быть и выше
не менее чем на порядок. Эта точность не зависит от дальности до объекта, а опре-
деляется только длительностью импульса строба и импульса подсвета. В отличие
от обычных лазерных дальномеров в АИ ПНВ исключена возможность выдачи
ложного значения дальности за счет реакции дальномера на случайные предметы,
находящиеся между полезным объектом и прибором (например, ветки деревьев,
провода и пр.), сигнал от которых может значительно превышать сигнал от полез-
ного объекта. В АИ ПНВ все эти ложные сигналы отсекаются задержкой [1.3.1].
За счет работы в импульсном режиме любая длительная световая помеха (из-
лучение прожекторов, фар, пламя костров и пр.) ослабляется в число крат, рав-
ное скважности работы прибора (при условии достаточно надежного запирания
затвора ЭОП). Так осуществляется временная селекция наблюдаемого объекта
на фоне помех. Дополнительная помехозащищенность достигается применением
в блоке наблюдения полосового (или отсекающего) фильтра с полосой пропуска-
ния, соответствующей рабочей области спектра лазерного осветителя. Реальные
значения степени защиты от помех за счет указанной спектрально-временной
селекции могут достигать 105‒107. Этого достаточно для того, чтобы наблюдение
не нарушалось при воздействии на прибор прожектора с силой света до 4 · 106 кд,
а также для ведения наблюдения и в дневных условиях при уровне естественной
1.3. Принцип действия АИ ПНВ и АИ НТВС 25
освещенности 5 · 104‒105 лк — ясный солнечный день. Таким образом, АИ-режим
позволяет реализовать круглосуточное наблюдение [1.3.1].
Изменение величины задержки позволяет выделять либо подсвечиваемый
объект наблюдения, либо подсвечиваемый ближний фон за ним. В первом случае
оператор видит светлый объект на темном фоне — изображение объекта в «поло-
жительном» контрасте. Во втором случае — темный силуэт наблюдаемого объекта
на светлом фоне — изображение объекта в «отрицательном» контрасте. С энер-
гетической точки зрения выгоднее наблюдать в «отрицательном» контрасте, так
как обычно природные фоны имеют более высокий коэффициент яркости, чем
наблюдаемый объект, и, следовательно, для достижения требуемой дальности
действия необходима меньшая сила света осветителя. Но при этом теряются мно-
гие информативные признаки объекта, так как виден только его силуэт (внешний
контур), а нижняя часть сливается с фоном. Кроме того, ближнего фона может
и не быть (если объект проецируется на фоне неба, например), поэтому наиболее
универсально наблюдение в «положительном» контрасте, для которого и приво-
дятся обычно все данные по дальности действия [1.3.1].
AИ ПНВ может работать в пассивном, активно-непрерывном и в активно-
импульсном режимах (в зависимости от внешних условий). Недостатком АИ-ре-
жима является ограниченность глубины просматриваемого пространства, опреде-
ляемой длительностью строба, а также тем, что поле зрения в АИ-режиме равно
только углу подсвета лазерного осветителя. Из энергетических соображений этот
угол не может быть большим и обычно не превышает 1‒3°.
Таким образом, для обнаружения наблюдаемого объекта приходится вести
поиск как по полю, так и по глубине, что приводит к совершенно неприемлемым
затратам по времени. Поэтому поиск ведут обычно в более широкопольном пас-
сивном режиме. Дальность обнаружения объекта обычно в 1,3‒1,5 раза превы-
а б в
Рис. 1.3.3. Изображение мишени, имитирующей ростовую фигуру человека (РФЧ) при
работе АИ ПНВ в условиях тумана в режимах: а) пассивном, б — активно-непрерывном;
в) активно-импульсном (АИ). Преимущество АИ-режима здесь очевидно
а б в
Рис. 1.3.4. Изображение при работе АИ ПНВ в АИ-режиме танка (борт) (А), шлюпки
с гребцами (б), РФЧ (в): слева — реальная РФЧ, справа — ее мишень
26 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
шает дальность его распознавания. Поэтому в пассивном режиме объект только
обнаруживают, а распознают его и измеряют дальность в АИ-режиме, который
имеет перед пассивным режимом преимущество по дальности. Если это невоз-
можно из-за низкой освещенности, то поиск ведут в активно-непрерывном режи-
ме, а при низкой прозрачности привлекают какой-либо дополнительный канал
поиска. Круглосуточный поиск объектов можно вести по бликам лазерного из-
Рис. 1.3.6. Внешний вид АИ би-
нокля НИИ «Полюс»
Рис. 1.3.7. Внешний вид
АИ бинокля ОАО «Де-
дал»
Рис. 1.3.5. Внешний вид малогабаритного АИ ПНВ
с 10-модульным осветителем НИИПФ
Рис. 1.3.10. Внешний вид
подводной АИ НТВС
ОАО «ТУРН»
Рис. 1.3.11. Внешний
вид АИ НТВС с ди-
станционной пере-
дачей изображения.
ФГУП СКБ ТНВ НТЦ
НПО «Орион»
Рис. 1.3.12. Внешний вид АИ
ночной прибор командира тан-
ка АИ ТКН. ОАО ЦКБ «Точ-
прибор»
Рис. 1.3.9. Внешний вид АИ НТВС
ФГУП СКБ ТНВ НТЦ НПО «Орион»
Рис. 1.3.8. Внешний
вид переносного АИ
ПНВ с 4-модульным
осветителем ЦКБ
«Точприбор»
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 27
лучения подсвета, отраженного от оптических или оптико-электронных средств
этих объектов. Дальность обнаружения объектов по бликам может достигать не-
скольких километров [1.3.1].
На рис. 1.3.3. и 1.3.4 представлены характерные изображения в АИ ПНВ, а на
рис. 1.3.5‒1.3.12 — внешний вид ряда АИ ПНВ.
Список литературы
1.3.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.3.2. Волков В. Г. Применение активно-импульсных приборов наблюдения для
видения бликующих элементов. Вопросы обороной техники, серия 11,
1995 г. — Вып. 1‒2 (144‒145). — С. 3‒7.
1.3.3. Мираж-1200. Прибор обнаружения оптических и оптоэлектронных систем
и круглосуточного видения. Проспект НПЦ Транскрипт. — Москва, 2001.
1.3.4. Гольченко А. Н., Олихов И. М. Полупроводниковый лазер с электронной
накачкой — новый короткоимпульсный источник излучения // Электрон-
ная промышленность, 1996. — № 3. — С. 65‒70.
1.3.5. Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф., Лелейкин В. И., Плешков А. А. Активно-
импульсный переносной телевизионный прибор наблюдения с дистанци-
онной передачей изображения // Прикладная физика, 1999. — Вып. 2. —
С. 146‒150.
1.3.6. Волков В. Г. Активно-импульсные приборы ночного видения // Специаль-
ная техника, 2002. — № 3. — С. 2‒11.
1.3.7. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.3.8. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.3.9. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.4. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òåïëîâèçèîííûõ ïðèáîðîâ (ÒÂÏ)
Тепловизионные приборы (ТВП) — это устройства, позволяющие наблюдать
объекты за счет наличия у них радиационного (теплового) контраста с фоном
[1.4.1‒1.4.16].
Принцип действия ТВП основан на преобразовании естественного теплового
излучения от объектов и местности в видимое изображение. Обязательным усло-
вием его формирования является наличие температурного контраста между объ-
ектом и местностью (фоном), а в пределах контура объекта — между его отдель-
ными элементами. Современные ТВП способны воспринимать температурные
контрасты до 0,05‒0,1 К [1.4.9‒1.4.16].
28 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ТВП имеют целый ряд достоинств: обеспечение больших дальностей виде-
ния независимо от уровня естественной освещенности, что позволяет им рабо-
тать круглосуточно, возможность работы в условиях интенсивных световых помех
и до определенной степени — при пониженной прозрачности атмосферы (туман,
дождь, снегопад, пыль, дым и пр.). Эти приборы способны воспринимать тепло-
вое излучение от объектов через среды, непрозрачные для видимого или ближнего
ИК-излучения, но прозрачные для теплового излучения: листва, маскировочные
сети, небольшой слой земли, нагромождение предметов и пр. Это дает возмож-
ность наблюдать замаскированные или скрытые объекты.
К недостаткам ТВП-приборов следует отнести зависимость их дальности дей-
ствия от температурных контрастов, низкое геометрическое разрешение, плохое
воспроизведение линии горизонта, защищенность только от тех световых помех,
спектральная область которых не совпадает с рабочим спектральным диапазо-
ном прибора, высокую сложность, значительную стоимость. Кроме того, ТВП
работают при пониженной прозрачности атмосферы при условии, что размеры
рассеивающих ее частиц не соизмеримы с рабочими длинами волн ТВП. Специ-
фичность ТВП-изображения требует определенных навыков работы с прибором
[1.4.9‒1.4.16].
ТВП широко используются в специальной технике для наблюдения, прице-
ливания, вождения транспортных средств ночью и при ограниченных условиях
видимости (дымка, туман, дождь, снегопад, пыль, дым, наличие световых помех
и пр.).
Условно ТВП в зависимости от их дальности действия можно разбить на три
группы [1.4.15]:
1 — ТВП малой дальности действия: до 0,7‒1 км по ростовой фигуре человека
и до 1,5‒2 км по автомашине,
2 — ТВП средней дальности действия: соответственно — 1,2‒1,5 км и 2‒4 км,
а также до 8 км по самолету,
3 — ТВП повышенной дальности действия, превышающей значения, указан-
ные в п. 2.
К приборам первой группы относятся ТВП для легкого стрелкового оружия,
наголовные и удерживаемые в руках ТВП наблюдения. К приборам второй груп-
пы относятся ТВП прицелы для переносных ракетных комплексов, удерживаемые
в руках и переносные ТВП наблюдения. К приборам третьей группы относятся
ТВП возимые для наземных транспортных средств, корабельные и авиационные
приборы наблюдения и прицеливания.
ТВП с 60-х годов ХХ века развивались по двум основным направлениям: с ис-
пользованием дискретных приемников излучения совместно с механическими
системами сканирования (развертки) изображения и приборов без механического
сканирования. При этом можно выделить 5 поколений ТВП.
Нулевое поколение основано на применении одиночных приемников излуче-
ния и двумерной развертки изображения с помощью сканирующей оптико-меха-
нической системы. Блок-схема ТВП нулевого поколения дана на рис. 1.4.1.
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 29
Первое поколение связано с применением одномерных линеек фотоприем-
ников и одномерной оптико-механической развертки изображения. Блок-схема
ТВП 1-го поколения дана на рис. 1.4.2.
Второе поколение ТВП характеризуется применением матриц фотоприемни-
ков в виде 2‒6 линеек с ВЗН (временная задержка и накопление) и одномерной
оптико-механической развертки изображения. Блок-схема ТВП 2-го поколения
дана на рис. 1.4.3. Главное отличие ТВП 2-го поколения от 1-го: выходной сиг-
нал в ТВ-формате здесь создается модулем цифровой обработки (МЦО) в самом
фотоэлектронном модуле. Переход от одного ТВП к другому осуществляется
простым перепрограммированием МЦО. ТВП 2-го поколения включают микро-
Рис. 1.4.1. Блок-схема ТВП нулевого поколения: ФП — фотоприемник одноэлементный,
СР — система развертки изображения по двум координатам, ПУ — предусилитель, ГКМ —
газовая криогенная машина, БЭО — блок электронной обработки, ВИП — вторичный
источник питания, М — мотор с приводом
Рис. 1.4.2. Блок-схема ТВП 1-го поколения: ФП — линейка фотоприемников, СР — систе-
ма развертки изображения по 1-й координате, ПУ — предусилитель, ГКМ — газовая крио-
генная машина, МУК — модуль управления и коммутации, МВИП — модуль вторичных
источников питания, М — мотор с приводом
30 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
процессорные устройства, которые осуществляют вторичную (после мульти-
плексирования и выхода из холодной зоны) электронную обработку фотосигна-
лов, включающую аналого-цифровое преобразование, усиление, компенсацию
постоянной составляющей фотосигналов, компенсацию разброса вольтовой чув-
ствительности интерполяцию или замену отсчетов «не работающих» элементов,
формирование прицельной марки, кодирование изображения в условные цвета,
обновление калибровочных, корректирующих коэффициентов при изменении
фоновой освещенности для компенсации постоянной составляющей, формиро-
вание импульсов управления и питающих напряжений фотоприемного устрой-
ства (ФПУ), которое имеет на периферии кремниевые охлаждаемые микросхемы.
Они осуществляют функции накопления фототока одновременно от всех фото-
чувствительных элементов (ФЧЭ) и мультиплексирование сигналов, полученных
за предыдущий цикл накопления, на выходные шины. В модуле электронной об-
работки (МЭО) сигналы поступают на вход АЦП и оцифровываются. После этого
осуществляется операция временной задержки и суммирования сигналов в спе-
циальных программируемых логических микросхемах (ПЛИС). В простейшем
случае МЭО должен обеспечивать функции вычитания фоновой составляющей,
селекцию данных, отобранных по определенным признакам «не работающих»
элементов, усиление и ряд других функций. После этого фотосигналы с помощью
АЦП переводились в цифровой код и проходили обработку в специальном ми-
кропроцессоре. Уже к концу 90-х годов были получены образцы ФПУ, где число
«не работающих» каналов не превышало 2‒5 % [1.4.15].
Третье поколение ТВП основано на применении «смотрящих» двумер-
ных многоэлементных фокально-плоскостных матриц (ФПМ) фотоприем-
ников (FPA — Focal Plane Array) без использования оптико-механических си-
стем развертки изображения. Блок-схема ТВП 3-го поколения представлена
Рис. 1.4.3. Блок-схема ТВП 2-го поколения: ФП — линейки фотоприемников, СР — систе-
ма развертки изображения по 1-й координате, ПУ — предусилитель, ГКМ — газовая крио-
генная машина, АЦП — аналого-цифровой преобразователь, МЭО — модуль электронной
обработки, МЦО — модуль цифровой обработки, МВИП — модуль вторичных источников
питания, М — мотор с приводом, АЧТ — абсолютно черное тело
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 31
на рис. 1.4.4. Наличие элементов 3 и 13 необязательно и зависит от типа прибо-
ра. Неоднородности сигналов элементарных фотоприемников матрицы пред-
варительно корректируются в аналоговой форме, преобразуются в цифровую
форму и окончательно корректируются с использованием данных, полученных
в процессе калибровки. Далее сигналы исправляются (возможно вычитание
неработающих элементов матрицы с их заполнением) и направляются в блок 10
формирования изображения. На его выходе информация выдается либо в каче-
стве видеосигнала, направляемого в ТВ-монитор, либо в цифровой форме для
передачи в персональный компьютер. Для глубокого (криогенного) охлажде-
ния матрицы (Т = 75‒80 К) используется газовая холодильная машина, рабо-
тающая по замкнутому циклу Сплит-Стирлинга. Для неглубокого охлаждения
(Т = 150‒250 К) или термостабилизации работы неохлаждаемой матрицы ис-
пользуется система термоэлектрического охлаждения. Основными преимуще-
ствами этих приборов являются: отсутствие оптико-механической развертки
изображения и, соответственно, малые масса, габариты и энергопотребление,
бесшумная, работа, высокое отношение сигнал/шум и качество изображения,
широкий динамический диапазон, возможность связи с современными ком-
пьютерами, видео- и ТВ-аппаратурой, цифровая обработка изображения в ре-
альном масштабе времени [1.4.15].
Четвертое поколение ТВП характеризуется применением разноцветных
ФПМ, работающих в двух или нескольких областях спектра одновременно. Та-
кой режим работы позволяет использовать все преимущества различных областей
спектра и с помощью микропроцессорной техники сформировать интегрирован-
Рис. 1.4.4. Блок-схема ТВП 3-го поколения: 1 — ИК-объектив, 2 — матрица ИК-фото-
приемников, 3 — блок охлаждения или термостабилизации матрицы, 4 — предусилители,
5 — мультиплексор, 6 — аналоговый корректор неоднородности сигналов, 7 — аналого-
цифровой преобразователь, 8 — цифровой корректор неоднородности сигналов, 9 — кор-
ректор неработающих элементарных фотоприемников матрицы, 10 — блок формирования
изображения с микропроцессорной обработкой видеосигнала, 11 — ТВ-монитор, 12 — ци-
фровой выход для подключения к персональному компьютеру, 13 — окулярная система,
14 — тактовый генератор, 15 — первичный источник питания (аккумуляторная батарея)
32 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
ное изображение, обеспечивающее более высокую информативность, чем ТВП
3-го поколения [1.4.15]. Такие ТВП находятся в стадии разработки.
Выпускаемые за последние годы ТВП относятся главным образом ко второму
и третьему поколениям, хотя выпускаются ТВП и более ранних поколений.
Разновидностью ТВП являются современные малогабаритные теплообнару-
жители. Они отличаются от обычных ТВП низкой разрешающей способностью,
т. к. предназначены не для распознавания, а только для обнаружения в поле зре-
ния прибора теплоизлучающих объектов. Вместо изображения оператор наблю-
дает на экране индикатора теплообнаружителя светящуюся точку, сигнализиру-
ющую о теплоизлучающем объекте. Теплообнаружители имеют меньшие массу,
габариты и стоимость по сравнению с ТВП. Как правило, теплообнаружители
не применяются автономно, а используются в составе приборного комплекса,
содержащего канал распознавания.
Для лучшего производственного освоения ТВП в 70-е годы ХХ века были раз-
работаны и внедрены в производство стандартные общие модули. Первоначально
они были разработаны для ТВП 1-го поколения одновременно в США и в странах
Западной Европы — Германии, Франции и Великобритании. Производятся об-
щие модули ТВП и в России. Общие модули ТВП в США и Германии именуются
Common Module (СМ), во Франции — Systeme Modulaire (SMT), в Великобрита-
нии — Thermal Imaging Common Module (TICM).
В состав ТВП 1-го поколения входит модульный блок детектор/Дьюар с от-
дельным блоком неохлаждаемых предусилителей. В США и в Германии число
элементов в линейках КРТ-фотодетекторов было стандартным — 60, 120, 180,
во Франции — обычно 55 элементов в линейке, в Великобритании — от 24 до 88
элементов в линейке (TICM, Class II). Кроме общих модулей ФПУ, были разрабо-
таны следующие общие модули [1.4.18]:
• ИК-объективы,
• оптико-механические системы развертки изображения,
• системы охлаждения ФПУ (сосуды Дьюара, микрокриогенные системы
(МКС) — газовые холодильные машины Сплит-Стирлинг, системы Джоу-
ля — Томсона, МКС Гиффорда — МакМагона, термоэлектрические охла-
дители),
• блоки электронной обработки фотосигналов,
• индикаторы изображения (на основе ЭЛТ, ЖК-индикаторы, OLED-инди-
каторы и др.),
• окулярные системы,
• блоки вторичного питания (преобразователи напряжения первичных ис-
точников питания в рабочее напряжение ТВП,
• источники первичного питания (аккумуляторные батареи),
• стандартные узлы крепления (кронштейны, штативы, треноги и др.).
На рис. 1.4.5‒1.4.14 — внешний вид типичных ТВП, на рис. 1.4.15‒1.4.19 —
характер изображения различных объектов, наблюдаемых в ТВП.
Работа ТВП осуществляется в двух спектральных диапазонах: 3‒5,5 мкм
и 8‒14 мкм. Эти диапазоны соответствуют окнам прозрачности атмосферы. В об-
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 33
ласти спектра 3‒5 мкм располагается максимум спектральной характеристики
излучения работающих авиационных двигателей. В диапазоне 3‒5 мкм по срав-
нению с диапазоном 8‒14 мкм существенно меньше влияние естественного
земного фона. В области длин волн вблизи 4,5 мкм обнаруживается максимум
спектральной характеристики излучения ракетных факелов межконтиненталь-
Рис. 1.4.5. Носимый ТВП
«ИРТИС-2000» 0-го поко-
ления
Рис. 1.4.7. Танковый
ТВП прицел 2-го по-
коления «Агава»
Рис. 1.4.6. а) Возимый ТВП наблюдения 1-го поколения
«Акация»; б) Возимый ТВП наблюдения 2-го поколения
«Пособие-2»
а б
Рис. 1.4.8. ТВП прицел для наведения
ПТУРС
Рис. 1.4.9. Переносной
ТВП 1-го поколения
Рис. 1.4.11. ТВП бинокль
3-го поколения
Рис. 1.4.12. ТВП очки ночного
видения TIG-7
Рис. 1.4.10. Возимый
ТВП 3-го поколения
34 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
Рис. 1.4.13. ТВП Therm-App для смартфона
Рис. 1.4.15. Изображение фигуры чело-
века в ТВП
Рис. 1.4.16. Изображение автомашин
в ТВП
Рис. 1.4.17. Изображе-
ние танка в ТВП
Рис. 1.4.18. Изображение верто-
лета в ТВП
Рис. 1.4.19. Изображение
самолета в ТВП
Рис. 1.4.14. ТВП прицел для легкого стрел-
кового оружия
ных баллистических ракет на средних после старта высотах полета в атмосфере.
Область спектра 3‒5 мкм благоприятна с точки зрения работы при повышенной
влажности атмосферы (над водой, в джунглях). В диапазоне длин волн 8‒14 мкм
находится максимум спектральной характеристики излучения объектов с относи-
тельно низкой, близкой к человеческому телу температурой. Тела с температурой
в интервале 0‒40 °C испускают довольно интенсивное ИК-излучение в полосе
8‒25 мкм с максимумом, лежащем в диапазоне 9‒12 мкм [1.4.17].
Для лучшего производственного освоения ТВП в 70-е годы ХХ века были раз-
работаны и внедрены в производство стандартные общие модули. Первоначально
они были разработаны для ТВП 1-го поколения одновременно в США и в стра-
нах Западной Европы — Германии, Франции и Великобритании. Производятся
общие модули ТВП и в России.
Общие модули ФПУ до настоящего времени используются в действующих
ТВП гражданского и военного назначения. Общие модули ФПУ с числом элемен-
тов 60 применяются в основном в системах наблюдения, 120-элементные — в при-
1.4. Принцип действия тепловизионных приборов (ТВП) 35
целах танков и других объектов бронетанковой техники, 80-элементные — в при-
целах самолетов и вертолетов. По программам модернизации ТВП происходит
замена общих КРТ-модулей на КРТ-модули для ФПУ с временем задержки и на-
копления (ВЗН) для ТВП модулей 2-го поколения и для ТВП модулей 3-го поко-
ления [1.4.18].
Общие модули SPRITE ФПУ приняты в Великобритании в качестве «общих
модулей» 2-го класса (TICM II, Class II) для ТВП 1-го поколения. В Великобри-
тании ТВП на основе SPRITE ФПУ называют ТВП поколения 1+ (1 plus), подчер-
кивая их превосходство перед линейками ФПУ 1-го поколения. Классические
общие модули TICM II — это 8-элементные SPRITE ФПУ для области спектра
8‒12 мкм и МКС Сплит-Стирлинга или МКС Джоуля — Томсона. SPRITE ФПУ
для области спектра 3‒5 мкм с ТЭО получили гораздо меньшее распростране-
ние [1.4.18].
Наибольшее распространение приобрели ТВП 3-го поколения. В них отсут-
ствует модуль оптико-механической развертки изображения, а присутствуют мо-
дули ТВП камер. Они делятся на MWIR и LWIR модули.
Модуль MWIR (Middle Wave Infra Red) работает в области спектра 3‒5 мкм,
а модуль LWIR (Long Wave Infra Red) — в области спектра 8‒12 мкм.
В соответствии с реализацией российской программы «Инфравид» предло-
жены 5 основных классов ТВП и, соответственно, модули ФПУ, образуя параме-
трический ряд ТВП модулей ФПУ 2-го и 3-го поколений [1.4.19]. Их параметри-
ческий ряд представлен в табл. 1.4.1.
Список литературы
1.4.1. Эккарт Ф. Электронно-оптические преобразователи изображений и усили-
тели рентгеновского изображения. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1961. — 240 с.
1.4.2. Иванов А. В., Тяпкин Б. В. Инфракрасная техника в военном деле. — М.:
Советское радио, 1963. — 359 с.
Таблица 1.4.1. Параметрический ряд ТВП модулей ФПУ 2-го и 3-го поколений
Класс Типы ТВП
Модули
ТВП 2-го
поколения
Модули
ТВП 3-го
поколения
0
ТВП системы детальной разведки воздуш-
ного, морского и наземного базирования,
прицельные системы самолетов
8288 (КРТ) 1024640 (КРТ)
1
Обзорно-прицельные ТВП системы верто-
летов, бронетанковых и морских объектов
обнаружения
4288 (КРТ) 768376 (КРТ)
2 ТВП вождения, пилотирования, прицелы
артиллерии, БМП и БТР
2288 (256)
(КРТ) 384288 (КРТ)
3 Переносные ТВП для сухопутных войск – 256256 (InSb,
КРТ, PtSi)
4 Малогабаритные носимые ТВП (PbS, PbSe) 320240 (МБМ)
36 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
1.4.3. Фишман Р. Электронное ночное зрение: как видеть в темноте. — URL:
www.popmech.ru.
1.4.4. Инфракрасные приборы ночного видения в Германии. www.cnseries.ru.
1.4.5. История приборов ночного видения. www.studfi les.ru/preview/994572.
1.4.6. Применение приборов ночного видения вовремя 2-й мировой войны. Makarih-
203.livejournal.com/401099.html.
1.4.7. Советские ИК-приборы ночного видения (ПНВ) во Второй мировой вой-
не. gmorder.livejournal.com/161112.html.
1.4.8. Краткая история создания ПНВ. Armyman/info/stati/26492.
1.4.9. Ллойд Д. Системы тепловидения. — М.: Мир, 1978.
1.4.10. Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Тенденции развития тепловизионных
систем второго и третьего поколений // Оптико-электронные системы
визуализации и обработки оптических изображений, 2001. — Вып. 1.
1.4.11. Алев Р. М., Иванов В. П., Овсянников В. А. Несканирующие тепловизион-
ные приборы. Основы теории и расчета. — Казань: Изд-во Казанск. ун-та,
2004. — 228 с.
1.4.12. Госсорг Ж. ИК термография. — М.: Мир, 1988.
1.4.13. Макаров А. С., Омелаев А. И., Филиппов В. Л. Введение в технику раз-
работки и оценки сканирующих тепловизионных систем. — Казань: Уни-
пресс, 1988. 310 с.
1.4.14. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных
условиях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.4.15. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.4.16. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.4.17. Пономаренко В. П. Квантовая фотосенсорика. — М.: АО «НПО «Орион»,
2018. — 648 с.
1.4.18. Ушакова М. Б. Зарубежные тепловизионные приборы первого, второго
и третьего поколений // Прикладная физика, 2004. — Часть 1. — № 4. —
С. 70‒78.
1.4.19. Бурлаков И. Д., Пономаренко В. П., Филачев А. М., Дегтярев Е. В. Фото-
приемные устройства для тепловизионной аппаратуры второго поколе-
ния // Прикладная физика, 2007, № 2. — С. 44‒53.
1.5. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ìíîãîêàíàëüíûõ ÏÂÈ (ÌÏÂÈ)
Для обеспечения всепогодности, круглосуточности, высокой помехозащищенно-
сти, а также повышения вероятности обнаружения и опознавания потребовалось
создание нового поколения ПВИ, включающих один или несколько независимых
оптико-электронных каналов. Такие ПВИ называются комбинированными, ком-
плексированными или интегрированными, а в общем случае — многоканальными
ПВИ (МПВИ). Ни один из самостоятельных низкоуровневых каналов визуализа-
1.5. Принцип действия многоканальных ПВИ (МПВИ) 37
ции изображения не обеспечивает всей совокупности требований, стоящих перед
приборами видения ночью. Обеспечение выполнения этих требований возможно
при совместном использовании различных оптико-электронных приборов, вклю-
чающих различные дополняющие друг друга каналы, то есть путем комбинирова-
ния и комплексирования [1.5.1‒1.5.5].
Анализ отдельных каналов визуализации изображений показал, что классиче-
ские ПНВ на ЭОП имеют высокое разрешение, высокие коэффициенты усиления
яркости, привычные для восприятия контрасты изображения, но сильную зависи-
мость дальности действия и качества изображения от освещенности, прозрачности
атмосферы, контрастов; активно-импульсный канал имеет высокую помехозащи-
щенность, однако демаскирует себя, имеет относительно узкое поле зрения, край-
не затруднительный поиск цели; ТВП обеспечивают большие поля зрения, боль-
шие дальности обнаружения, высокую помехозащищенность, но непривычный
для восприятия вид изображения. Кроме этого, при высокой влажности, отсут-
ствии заметных изменений температуры видимость цели в ТВП резко ухудшается.
В ТВП часто не видна линия горизонта, они имеют высокую стоимость.
НТВС позволяют выводить изображение на монитор, осуществлять обработку
изображения в реальном масштабе времени, но они обладают всеми известными
недостатками ПНВ.
Поэтому наиболее эффективным является сочетание в МПВИ каналов, ра-
ботающих на различных принципах или в различных спектральных диапазонах.
Эти каналы должны были быть подобраны так, чтобы недостатки одних каналов
компенсировались бы достоинствами других. Это увеличивает эффективность
системы, особенно в условиях использования маскировки целей и активного про-
тиводействия оптико-электронным средствам, так как создать помехи в широкой
области спектра и обеспечить эффективную маскировку крайне сложно.
МПВИ делятся на комплексированные, комбинированные и интегриро-
ванные.
Комплексированные МПВИ состоят из двух или нескольких каналов, рабо-
тающих в различных спектральных диапазонах и объединенных по конструктив-
но-механическому принципу. Эти каналы имеют одно общее входное окно или
несколько различных окон для разных спектральных областей. При этом каждый
канал может работать самостоятельно в соответствии с его принципиальными
возможностями. Информация выводится на отдельные дисплеи, соответствую-
щие каждому каналу, или на единый дисплей, снабженный переключателями ка-
налов. Совместная обработка информации, поступающей из отдельных каналов,
отсутствует. МПВИ может быть смонтирован в нескольких корпусах, но устанав-
ливается на едином носителе.
Комбинированные МПВИ состоят из двух или нескольких каналов, работа-
ющих в различных спектральных диапазонах и объединенных не только по кон-
структивно-механическому принципу, но и с частичным совмещением оптиче-
ских осей, с наличием единого входного окна и с представлением информации
на различных или общем дисплее. МПВИ смонтирован в едином корпусе. Каж-
дый канал может работать самостоятельно.
38 Глава 1. Общие сведения о приборах визуализации изображения (ПВИ)
В интегрированных МПВИ осущест-
влено объединение различных каналов
на основе общей оптической системы,
а также системы обработки и представ-
ления интегрированного изображения
на единый индикатор. При этом инте-
грированное изображение формируется
на основе анализа сигналов с различных
каналов по специфическим их признакам.
Такое изображение формируется на основе
суммирования наиболее информативных
признаков изображений с отдельных кана-
лов с помощью микропроцессорной обра-
ботки изображений в реальном масштабе
времени.
Наиболее удачным сочетанием явля-
ется использование оптических осей в
многоканальной системе совместно ТПВ
и АИ ТВ-каналов. Такое сочетание обес-
печивает круглосуточную и всепогодную
работу, продолжающуюся также и при
наличии световых и пыле-дымовых по-
мех, позволяет с высокой точностью изме-
рять дальности до наблюдаемых объектов,
а также такие важные их параметры, как
скорость движения и координаты. В такой
системе сравнительно легко может быть
реализована ее адаптивность, возможность
автоматизированного контроля ее параме-
тров и модульный принцип построения.
Использование изображений НТВ и ТПВ
каналов с единого ТВ-монитора позволяет перейти к интегрированной систе-
ме, а применение дополнительной ЭВМ — и к полностью автоматизированному
устройству [1.5.3, 1.5.4].
Таким образом, существуют реальные возможности повысить эффективность
разработки МПВИ за счет рационального построения их схем.
На рис. 1.5.1 представлен многоканальный ночной бинокль, состоя-
щий из ТВП, НТВС, цветного дневного и лазерно-дальномерного каналов.
На рис. 1.5.2. представлен установленный на треноге переносной МПВИ, состоя-
щий из таких же каналов, но с большей дальностью действия. На рис. 1.5.3 пока-
зан возимый МПВИ, состоящий из ТВП, НТВС и лазерно-дальномерных каналов
с повышенной дальностью действия. Все МПВИ имеют встроенный цифровой
магнитный компас и систему GPS.
Рис. 1.5.1. Многоканальный ночной
бинокль
Рис. 1.5.2. Переносной МПВИ
Рис. 1.5.3. Возимый МПВИ
1.5. Принцип действия многоканальных ПВИ (МПВИ) 39
Список литературы
1.5.1. Краткая история создания ПНВ. Armyman/info/stati/26492.
1.5.2. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных усло-
виях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
1.5.3. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
1.5.4. Волков В. Г., Гиндин П. Д. Техническое зрение. Инновации. — М.: Техно-
сфера, 2014. — 840 с.
1.5.5. Алешин Б. С., Бондаренко А. Б., Волков В. Г., Драб Э. С., Цибулькин Л. М.
Оптические приборы наблюдения, обработки и распознавания объектов
в сложных условиях. — М: ГНИИАС, 1999. — 139 с.
ÃËÀÂÀ 2
ÝËÅÌÅÍÒÛ ÏÐÈÁÎÐÎÂ
ÍÎ×ÍÎÃÎ ÂÈÄÅÍÈß
2.1. Îáúåêòèâû
2.1.1. Основные параметры и характеристики
К оптическим системам ПНВ относятся объективы, оптика для осветителей и це-
леуказателей, а также окулярные системы. Рассмотрим основные параметры объ-
ективов.
1а. Относительное отверстие. Оно равно отношению диаметра входного зрачка
объектива к его фокусному расстоянию. Например, при диаметре входного зрач-
ка 50 мм и фокусном расстоянии 100 мм относительное отверстие равно: О = 1:2.
Это справедливо для линзового объектива. Для зеркально-линзового объектива
различают геометрическое и эффективное относительное отверстие. Геометриче-
ское относительное отверстие определяется так же, как сказано выше. Понятие
«эффективное относительное отверстие» вводится из-за наличия в центральной
части входного зрачка зеркально-линзового объектива мертвой нерабочей зоны.
В результате рабочей зоной является кольцевая часть входного зрачка, внутрен-
ний диаметр которой равен диаметру нерабочей зоны, а внешний диаметр равен
диаметру входного зрачка. С учетом этого эффективное относительное отверстие
равно отношению диаметра круга, площадь которого равна площади рабочей
кольцевой зоны, к фокусному расстоянию объектива. Это относительное отвер-
стие определяет эффективный световой поток, который проходит через входной
зрачок зеркально-линзового объектива.
1б. Фокусное расстояние fоб., мм. Определяет масштаб изображения и угол
поля зрения ПНВ. Масштаб изображения (увеличение) Г в ПНВ определяется
по формуле:
Г = (fоб./fок.) · Гэ, (2.1.1.1)
где fок. — фокусное расстояние окуляра ПНВ, мм, Гэ — электронно-оптическое
увеличение ЭОП, крат.
Из формулы (2.1.1.1) следует, что масштаб изображения тем больше, чем
больше фокусное расстояние объектива.
Различают объективы с постоянным фокусным расстоянием и с перемен-
ным фокусным расстоянием — панкратические объективы (вариообъективы или
ZOOM-объективы). Фокусное расстояние может меняться плавно или ступенчато
в зависимости от типа объектива.
2.1. Объективы 41
2. Угол поля зрения 2, град. Он определяет угловой размер пространства объ-
ектов. Для ПНВ угол поля зрения объектива выбирается из соотношения:
2 = 2 arctg(dфк/2fоб.), (2.1.1.2)
где dфк — диаметр фотокатода ЭОП, мм.
Из формулы (2.1.1.2) видно, что чем больше фокусное расстояние объектива,
тем меньше его угол поля зрения. Таким образом, требование возрастания уве-
личения ПНВ за счет роста фокусного расстояния его объектива и одновременно
требование возрастания угла поля зрения противоречат друг другу.
3. Спектральный рабочий диапазон (диапазон ахроматизации) , мкм или
нм. Определяет рабочую область спектра, в пределах которого исправлены абер-
рации объектива, и прежде всего хроматическая аберрация. Выбирается равным
рабочей спектральной области фотокатода ЭОП.
4. Расчетная длина волны р, мкм или нм. Для нее при расчете обеспечива-
ется наилучшее качество изображения объектива. Первоначально она выбиралась
равной максимуму спектральной чувствительности фотокатода ЭОП. Однако это
оказалось не вполне корректно, т. к. для ПНВ важна та область спектра, где до-
стигается наибольший природный контраст объекта наблюдения с окружающим
его фоном [2.1.1.1]. Эта область сдвинута в инфракрасный диапазон длин волн.
С учетом этого и выбирают расчетную длину волны. Подробнее об этом изложено
ниже.
Первоначально требования к величине расчетной длины волны р и диапа-
зону ахроматизации объектива назначались, исходя из спектральных харак-
теристик фотокатода ЭОП: расчетная длина волны совпадала с длиной волны,
соответствующей максимуму спектральной чувствительности фотокатода, а диа-
пазон ахроматизации соответствовал спектральным границам чувствительности
фотокатода и спектральной характеристике пропускания атмосферы. Однако та-
кой подход не учитывал спектральной характеристики естественной ночной осве-
щенности (ЕНО), яркости ночного неба, а также спектральных характеристик
коэффициентов яркости типовых объектов наблюдения и фонов. И те, и дру-
гие характеристики обладали повышенными значениями в ближней ИК-обла-
сти спектра. Соответственно этому именно там наблюдался и рост уровня ЕНО,
и рост природных контрастов объектов на окружающих их фонах [2.1.1.1]. В свя-
зи с этим изменилась и расчетная длина волны — она стала 0,8 мкм. Диапазон
ахроматизации уже не охватывал всю видимую область спектра, т. к. там не было
существенного выигрыша по указанным выше характеристикам, зато преобладал
рассеянный свет, снижающий контраст в изображении. Из-за этого оказалось
целесообразным установить перед фотокатодом ЭОП красные отсекающие филь-
тры КС-17 или КС-19. Соответственно этому диапазон ахроматизации сузился
до 0,6‒0,9 мкм (многощелочные фотокатоды ЭОП поколений 1; 2; 2+; 2++; 3)
и 0,6‒1,1 мкм (фотокатоды ЭОП поколения 3+) [2.1.1.1]. Для фотокатодов ЭОП
поколения 4, для которых характерен сдвиг спектральной чувствительности в об-
ласть спектра 1,3‒2,3 мкм [2.1.1.1], наблюдается еще больший рост уровня ЕНО
42 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
и природных контрастов, сопровождающихся также повышением пропускания
атмосферы. Та же тенденция сохранялась и для объективов, используемых для
работы с матрицей ПЗС либо с матрицей фотоприемников на основе соединения
InGaAs [2.1.1.1]. В связи с этим расчетная длина волны объективов для кремние-
вых матриц ПЗС сохранялась 0,8 мкм при диапазоне ахроматизации 0,4‒1,1 мкм.
Для подводных ПНВ диапазон ахроматизации и расчетная длина волны должны
быть назначены с учетом спектральных кривых поглощения воды) [2.1.1.1]: соот-
ветственно 0,48‒0,6 мкм и 0,51‒0,546 мкм. Для новых ПНВ четвертого поколе-
ния расчетная длина волны должна быть равной 1,5 мкм при диапазоне ахромати-
зации 0,8‒1,8 мкм, а в перспективе — соответственно 1,7 мкм и 2,2 мкм.
6. Пропускание . Определяется отношением светового потока, прошедшего
через объектив, к световому потоку, падающему на его входной зрачок в пределах
спектрального рабочего диапазона объектива.
7. Коэффициент светорассеяния . Определяет паразитную освещенность
за пределами полезного изображения вследствие рассеяния света в оптических
элементах объектива и на его оптических поверхностях.
8. Предельная разрешающая способность Nпр., штр/мм. Определяет мини-
мальное расстояние между двумя точками в пространстве предметов, при котором
они еще могут быть раздельно изображены объективом в его фокальной плоско-
сти. Различают предельную разрешающую способность объектива в центре и на
краю поля зрения.
9. Частотно-контрастная характеристика Т(N). Ее называют также функцией
передачи модуляции. Она устанавливает зависимость коэффициента передачи
контраста Т(N) от пространственной частоты N, штр/мм. Различают полихрома-
тическую ЧКХ для всей рабочей области спектра объектива и монохроматические
ЧКХ для отдельных длин волн. ЧКХ рассчитывается и измеряется как для центра,
так и для края поля зрения объектива.
10. Заднее вершинное фокусное расстояние SF, мм. Оно равно расстоянию
от вершины задней оптической поверхности объектива до его фокальной плоско-
сти. Имеет значение для конструктивной стыковки объектива с ЭОП и для воз-
можной установки перед фотокатодом ЭОП светофильтра. Не следует путать этот
параметр с задним рабочим отрезком объектива — расстоянием от заднего среза
его оправы (посадочной поверхности) до фокальной плоскости.
11. Оптическая длина объектива, мм — продольное расстояние между первой
оптической поверхностью объектива и его фокальной плоскостью.
12. Масса в стекле, г, кг — суммарная масса оптических деталей объектива.
Все параметры, конструктивные характеристики, сводка аберраций и ЧКХ
объектива представляются в его оптическом выпуске.
Объективы ПНВ делятся на линзовые и зеркально-линзовые.
Для наголовных ПНВ (очки ночного видения бинокулярные и псевдобино-
кулярные, наголовные ночные монокуляры) используются линзовые объективы,
которые отличаются следующими типичными параметрами:
1) угол поля зрения 40‒50°,
2) относительное отверстие от 1:1,4 до 1:1,
2.1. Объективы 43
3) фокусное расстояние 25 или 20 мм,
4) минимальная масса и габаритные размеры.
Эти объективы обладают наибольшей сложностью из-за необходимости обес-
печить высокое качество изображения для высокой светосилы в сочетании со зна-
чительным углом поля зрения. В табл. 2.4.1 приведены основные параметры этих
объективов, а типичные схемы — на рис. 2.4.1‒2.4.3.
В зарубежной технике эти объективы содержат асферические оптические
поверхности. Нередко такие объективы выполнены с полным или частичным
применением полимерных материалов. Отечественные объективы не содержат
асферических поверхностей и оптических компонентов из полимерных материа-
лов, хотя расчеты и соответствующие оптические выпуски таких объективов име-
ются. Это вызвано высокой стоимостью изготовления асферических оптических
поверхностей и нестабильностью характеристик существующих отечественных
полимерных оптических материалов, в особенности при воздействии радиоактив-
ного излучения.
Список литературы
2.1.1.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.2. Гидрообъективы
Особо следует остановиться на гидрообъективах для очков ночного видения.
Это — объективы, рассчитанные для работы с объектами, находящимися в вод-
ной среде.
При погружении в воду ПНВ с иллюминатором он вызовет изменение угла
поля зрения и фокусного расстояния (а значит, и масштаба изображения) гидро-
объектива в соответствии с формулами [2.1.2.1]:
tg a = nw tg w (1 − tg2 w (n2
w − 1))0,5, (2.1.2.1)
fw = fa nw (1 − tg2 w (n2
w − 1))0,5, (2.1.1.2)
гдеa, w — угол поля зрения гидрообъектива в воздухе и в воде соответственно,
град.; fa, fw — фокусное расстояние гидрообъектива в воздухе и в воде соответ-
ственно, мм; nw — показатель преломления воды.
При малых углах w значение tg w 1, поэтому fw = fa · nw, т. е. масштаб изобра-
жения увеличивается в nw ~ 1,33 раза. Кроме того, он еще и изменяется по полю
зрения в соответствии с законом (1 − tg2 w (n2
w − 1))0,5 [2.1.2.1]. Это приводит к до-
полнительной дисторсии, которая при w > 30° превышает 15 %. Легко также пока-
зать, что в воде угол поля зрения уменьшается в ~1,33 раза, т. е. на ~25 %, а свето-
сила — в ~n2
w раз. В воде уменьшается фокусировка гидрообъектива для объектов,
находящихся на конечном расстоянии. Они воспринимаются как расположенные
на расстоянии в ~1,33 раза ближе к гидрообъективу, чем на самом деле.
44 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Для сохранения практически неизменным угла поля зрения гидрообъекти-
ва при перемещении ПНВ из воздуха в воду может быть использован сфериче-
ский иллюминатор. В случае его применения оптический центр гидрообъекти-
ва должен быть точно установлен в центре кривизны сферической поверхности
иллюминатора. При этом лучи света идут практически нормально к оптиче-
ской поверхности гидрообъектива, и возникают незначительные аберрации.
Однако при перемещении гидрообъектива относительно иллюминатора возни-
кают серьезные нарушения качества изображения, в особенности для больших
углов поля зрения. Для компенсации качества изображения приходится допол-
нительно использовать корректирующие линзы. Расчет такого гидрообъектива
должен быть выполнен с учетом наличия в ходе лучей сферического иллюмина-
тора и корректирующей линзы. Это приводит к усложнению конструкции гид-
рообъектива, в особенности для светосильных и широкопольных оптических
систем.
Основные параметры гидрообъективов для подводных наголовных ПНВ
представлены в табл. 2.1.3.1, а их схемы — на рис. 2.1.3.4, 2.1.3.5.
Список литературы
2.1.2.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.3. Линзовые объективы
Рассмотрим линзовые объективы. Их основные схемы представлены
на рис. 2.1.3.1‒2.1.3.10, а основные параметры приведены в табл. 2.1.3.1, 2.1.3.2.
Линзовые объективы проще в сборке и юстировке, однако обладают значитель-
ной массой и продольными габаритами, качество их изображения сравнительно
низко, в особенности на краю поля зрения. Для повышения качества изображе-
ния линзовых объективов и снижения их массы используются киноформные оп-
тические поверхности (рис. 2.1.3.10) [2.1.3.1].
Для современных очков ночного видения характерно их низкопрофильное
исполнение, когда продольные габариты прибора минимальны. Это необходимо
для разгрузки лицевой части головы оператора и его шейных мышц. Для таких
Рис. 2.1.3.1. Оптическая схема объ-
ектива «Цефей», оптический выпуск
Л70-В-11157РР, f = 20 мм, О = 1:1,
2ω = 48°
Рис. 2.1.3.2. Оптическая схема объектива
«Бизар-5», оптический выпуск Л1144-
90-В321, f = 25 мм, О = 1:1, 3, 2ω = 40°
2.1. Объективы 45
Рис. 2.1.3.3. Оптическая схема объекти-
ва с призмой, оптический выпуск Л1104-
98-В524, f = 20 мм, О = 1:1,3, 2ω = 48°
Рис. 2.1.3.4. Оптическая схема гидрообъ-
ектива «Гидробизар-1», оптический вы-
пуск Л1104-00-В582, f = 25 мм, О = 1:1,3,
2ω = 30°
Рис. 2.1.3.5. Оптическая схема гидрообъ-
ектива «Гидробизар-2», оптический выпуск
Л1104-00-В591, f = 25 мм, О = 1:1,3, 2ω = 30°
Рис. 2.1.3.7. Оптическая схема объек-
тива «Петцваль», оптический выпуск
Л1104-00-В608, f = 100 мм, О = 1:1,8,
2ω = 10°
Рис. 2.1.3.6. Оптическая схема объектива
по оптическому выпуску Л1104-00-В598,
f = 20 мм, О = 1:1,2, 2ω = 48°
Рис. 2.1.3.8. Оптическая схема объектива ЛИК-
74 К, f = 150 мм, О = 1:1, 2ω = 7°
Рис. 2.1.3.9. Оптическая схема объектива ЛИК-58, оптический выпуск Л70-В-6070,
f = 450 мм, О = 1:2, 2ω = 6°
46 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
очков необходимы объективы,
в которых оптическая ось изло-
мана один или два раза. В соот-
ветствии с этим был рассчитан
целый ряд объективов, у кото-
рых между последней по ходу
луча оптической поверхностью
и фокальной плоскостью вве-
дена призма (рис. 2.1.3.3), либо
между отдельными линзовыми
компонентами объектива име-
ется воздушный промежуток, достаточный для установки в нем одного или двух
зеркал (рис. 2.1.3.6) [2.1.3.1].
Список литературы
2.1.3.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.4. Зеркально-линзовые объективы
Существенно более высокое качество изображения, меньшие массу и продоль-
ные габариты имеют зеркально-линзовые объективы. Они обладают по сравне-
нию с линзовыми объективами рядом преимуществ [2.1.4.1]:
1) меньшие продольные габариты и масса,
2) более высокое качество изображения,
3) большая светосила,
4) более широкий диапазон ахроматизации.
Недостатки этих объективов по сравнению с линзовыми объективами:
1) больший поперечный габарит при том же эффективном относительном
отверстии, что и у аналогичного линзового объектива, за счет наличия
нерабочей центральной зоны,
2) большее виньетирование по полю, что создает трудности в создании ши-
рокоугольных объективов,
3) более жесткие требования к сборке и юстировке, в особенности при по-
вышенных требованиях к устойчивости к механическим нагрузкам,
4) наличие наружных и внутренних бленд для подавления постороннего
и рассеянного света,
5) требование учета температурной компенсации качества изображения,
6) большая стоимость.
В связи с этим зеркально-линзовые объективы используются в основном
там, где нет жестких ограничений по диаметру входного зрачка и не требуются
широкие поля зрения: в основном это ночные бинокли и зрительные трубы,
ночные прицелы для легкого стрелкового оружия, переносные ПНВ или вози-
мые ПНВ со свободной компоновкой.
Рис. 2.1.3.10. Оптическая схема объектива «Арес-9»,
f = 150 мм, О = 1:1,5, 2 = 9° (звездочкой показана
киноформная поверхность)
2.1. Объективы 47
Таблица 2.1.3.1. Основные параметры линзовых объективов для наголовных ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для точки на оси/края поля
зрения, для N, штр/мм, SF,
мм
L,
мм
Масса
в стекле,
г
Примечание
10 (15) 30 50 (40)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л46-76-В65 10,27 1:0,8 40 0,8‒1,1 1,0 0,059 4,52
Л1104-00-В592 10 1:2 80 0,6‒0,9 0,8 0,99/0,90 0,94/0,41 8,04 26,64 4,3
Л1104-00-В593 10 1:1,5 80 0,6‒0,9 0,8 0,93/0,51 0,69/0,15 6,5 28,9 7,5
Л1104-96-В464 15 1:1,2 43,6 0,486‒0,9 0,7 0,94/0,83 0,67/0,24 0,51/0,09 12,2 36,3 10
Л1104-00-В596 15 1:1,3 60 0,6‒0,9 0,8 0,97/0,54 0,75/0,21 7,7 28,8 7
Л1104-00-В578 15 1:1,25 34 0,31‒0,36 0,3371 0,80/0,73 0,53/0,30 7,0 42,7 9,2 УФ-объектив
Т18-8WW 18 1:1,1 60 0,48‒0,852 0,656 0,815/0,529 0,521/0,127 0,38/0,047 9,66 19,4
Л1144-96-В467 18,8 1:1 52 0,546‒0,9 0,7 0,96/0,78 0,74/0,38 0,56/0,23 11,6 45,1 26
Л1104-96-В462 18,8 1:1 52 0,546‒0,9 0,7 0,96/0,78 0,74/0,33 0,56/0,41 11,6 45,1 26
Л1104-00-В568 20 1:1,2 48 0,6‒0,9 0,8 0,97/0,62 0,78/0,32 12,88 47,32 20
Л1104-00-В604 20 1:1,3 48 0,6‒0,9 0,8 0,98/0,76 0,88/0,31 11,66 54,56 17,5
Л1104-97-В512 20 1:1,2 48 0,546‒0,9 0,7 0,95/0,96 0,69/0,34 0,45/0,21 15,6 43,8 20
С подвижным
компонентом 20,357 1:1,1 40 0,486‒0,9 0,7 0,80/0,41 3,078
Оптический
журнал, 2003.
№ 9. C. 43–46
Л1104-00-В580 20 1:1,3 48 0,6‒0,9 0,8 0,95/0,87 0,85/0,49 15,6 84,7 47,5 С зеркалом
внутри
Л1144-В91-352
(«Бизар-7») 20 1:1,1 40 0,486‒0,9 0,7
Л1104-98-В524 20 1:1,3 48 0,6‒0,9 0,7 0,98/0,93 0,63/0,23 11,1 65 С призмой
Л1104-97-В521 20 1:1,3 48 0,546‒0,9 0,7 0,89/0,94 0,57/0,64 10,1 120 С призмой
48 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Светосильный 20,194 1:1,2 48 0,546‒0,9 0,7 0,98/0,80 0,80/0,39 0,54/0,25 5,5 С зеркалом
внутри
Л1105-95-В458
(«Биар») 20 1:1,5 46 0,9‒1,5 1,0 0,8 0,979/0,84 0,575/0,056 11,8 35,1
Л46-81-167 20,3 1:0,99 47 0,486‒0,9 0,656 0,95/0,58 0,79/0,06 0,61/0,03 11,12
Л70-В-11157РР
(«Цефей») 20 1:1 48 0,486‒0,9 0,7 0,92/0,57 0,63/0,27 0,40/0,18 10,5 36,0 15
PG-1MS
(Нидерланды) 20 1:1 47 0,95/– 0,7/– 0,4/– 9 34,5 25 Есть
асферика
20 1:1,3 47,2 0,486‒0,9 0,7 0,78/– 10,1 97,81 С призмой
с крышей
21 1:1,08 50 0,584‒0,9 0,78 52
Эффект-1 23 1:1,1 30 0,486‒1,0 0,86/– 0,65/– 20
Л1101-В88-293
(«Бизар-3») 25 1:1,3 40 0,589‒0,9 0,8 0,94/0,15 0,67/0,00 0,52/0,00 13,37 46,37 21,4
Л1144-90-В321
(«Бизар-5») 25 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,7 0,956/0,338 0,745/0,047 0,619/0,017 12,2 45,2
Л1105-94-В445
(«Бизар-8») 25 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,8 0,989/
0,841 0,89/0,195 0,011 63,8 66,82 С призмой
Объектив ГОИ 25 1:1,23 40 0,58‒0,8 0,656 9,4 115,3 (с призмой)
101,5 (без нее) С призмой
Светосильный 25 1:1,2 40 0,546‒0,9 0,8 0,971/– 0,841/– 8,1 56 (с призмой)
31 (без нее) С призмой
Л1104-00-В582
(«Гидробизар-1») 25 1:1,3 30 0,48‒0,60 0,546 0,97/0,87 (0,81/0,62) 15,5 60,55
21 (без иллюми-
натора)
36 ( с ним)
Л1104-00-В591
(«Гидроби-
зар-2»)
25 1:1,3 30 0,48‒0,60 0,546 0,96/0,80 (0,82/0,62) 11,62 52,62
22 (без иллюми-
натора)
34 (с ним)
Таблица 2.1.3.1. (Прололжение)
2.1. Объективы 49
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
25,54 1:1,36 40 0,60‒0,90 0,8 0,88/0,88 0,30/0,06 0,40/0,10 0,001 63,68 58,57 С призмой
для ОНВ-2
Л1104-99-В545 26 1:1,44 40 0,65‒0,85 0,8 0,91/0,93 0,71/0,53 0,66/0,34 9,6 18
Л1101-87-В269 26 1:1,4 40 0,5‒0,9 0,656 0,94/0,90 0,66/0,20 0,62/0,11 12,6 42,5 25
Ариэль-1 26 1:1,4 38 0,486‒1,1 0,82/– 0,57/– 20
Л1101-В87-250
(«Бизар-1») 26,2 1:1,2 40 0,486‒0,9 0,7 0,91/0,45 0,69/0,20 0,62/0,11 20,34 48,44
Л1104-99-В547 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,9 0,7 0,98/0,87 0,82/0,52 0,60/0,38 45,5
Л1104-99-В551 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,85 0,7 0,96/0,81 0,76/0,40 0,56/0,28 10,6 84,1 42
Л1104-99-В546 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,85 0,7 0,98/0,79 0,87/0,37 0,72/0,21 12,9 61,2 33,5
Л1104-99-В552 26,4 1:1,2 40 0,546‒0,85 0,7 0,98/0,81 0,88/0,40 0,71/0,23 11,4 60,55 30
Л1104-98-В528 27 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,8 0,971/0,0 0,841/
0,014 9,3 46 (с призмой)
26 (без нее) С призмой
Л1104-98-В530 27 1:1,3 40 0,546‒0,9 0,8 0,971/– 0,641/– 8,1 66,82 (с призмой)
27,3 (без нее) С призмой
Витол 27 1:1,4 40 0,486‒1,1 0,9/– 0,76/– 37
Светосильный 28 1:1,05 50 0,589‒0,9 0,74/– 0,47/– 68
Л1144-96-В460 30 1:1,5 23 0,589‒0,9 0,656 0,99/0,84 0,88/0,48 0,69/0,27 7,5 41,5 11,5 Типа
«Петцваль»
Петцваль
с призмой 30 1:1,5 30 0,546‒0,85 0,7 7,444 30,14
Л1104-99-В559 30 1:1,1 22,6 0,486‒0,95 0,8 12 46,4 30
Л-467311-310 30 1:1,1 50 0,486‒0,95 0,8 13,9 57,7
Ариэль-2 30 1:1 30 0,486‒0,9 0,93/– 0,82/– 27
Л70-В71-В-3425
(Объектив 59) 37 1:1 40 0,6‒0,9 0,7 7,2 50,5 92,9
3 К 37 1:1,2 31 0,6‒0,9 0,7 11,324
Таблица 2.1.3.1. (Окончание)
50 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Таблица 2.1.3.2. Основные параметры линзовых объективов для носимых, переносных и возимых ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для N, штр/мм
SF,
мм
L,
мм
Масса
в стек-
ле, г
Примечание
10
(15) 30 50
(40)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л81-В-3959
(Рекорд-5) 36 1:0,9 48 0,434‒0,656 0,546 15,44 46,2 84,1
Л70-В-4260
(Объектив 50 II) 37 1:0,85 30 0,589‒0,9 0,7 3,64 87,21 252,6
Л70-В-2742 37 1:1 40 0,486‒0,766 0,589 8,78 72,75 172,3
Л70-В-4483 37 1:1 40 0,589‒0,9 0,7 6,79 54,26 98,6
Л70-В-3094 37 1:1 40 0,6‒0,9 0,7 12,72 45,48 83,9
Модель CL-19,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
37,5 1:1 19 16,2 45,46 140 7 линз
Л1144-96-В466 40 1:1,1 25,4 0,546‒0,9 0,8 0,949/
0,833
0,691/
0,536
0,416/
0,423 20,9 79 112
Л46-78-В97М 40 1:1 36 0,546‒0,9 0,656 6,848 66,3
Л1104-02-В637 40 1:1,5 20 0,6‒0,9 0,8 0,94/0,11 0,62/0,03 8,04 47,84 29
Л1104-01-В613 40 1:1,1 24 0,656‒0,9 0,8 0,97/0,07 0,76/0,17 0,57/0,07 15,7 91,0 66
Модель CL-40 В,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
40 1:1 11,5 3,4 56,8 210 8 линз
Светосильный 43 1:1,1 45 0,589‒0,9 0,68/– 0,3/–
Эффект-2 45 1:1 30 0,486‒0,9 0,72/– 0,53/– 142
Л70-В-2605 50 1:1 40 0,589‒0,9 0,7 12,26 91,7 386,2
2.1. Объективы 51
Таблица 2.1.3.2. (Продолжение)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л70-В-2442 50 1:1,2 40 0,589‒0,9 0,7 12,87 59,07 177,3
Петцваль 50 1:1,65 18 0,6‒1,1 0,8 16,86 79,86
Л46-12-75 50,64 1:1,15 50 0,546‒0,9 0,7 23,1
Л1144-90-В336
(«Бизар-6») 50 1:1,5 20 0,589‒0,9 0,7 23,8 87,9
Л1104-96-В474 50 1:1,5 13,68 0,5‒0,85 0,65 0,899/
0,853
0,713/
0,618 5,14 83,9 33,41
Модель CL-44 В,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
50 1:0,7 17 7,4 81,5 780 8 линз
Модель CL-37,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
50 1:0,75 11,5 3,14 75 750 7 линз
Модель CL-45,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
60 1:0,65 28 4,25 130 1040 10 линз
Модель CL-43,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
60 1:1,5 14,3 35,6 56,8 210 6 линз
Свет-9 70 1:1,1 20 0,546‒0,8 0,75/– 0,63/– 275
Модель CL-39,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
75 1:1 11,5 3,92 112,3 1360
Диамант-1 76 1:1,5 10 0,6‒0,9 0,87/– 0,67/– 180
Л1105-95-В456 80 1:1,1 24 0,48‒0,8 0,527 0,774/
0,634
0,446/
0,134 13,6 142,9
Л1104-00-В575 80 1:1,5 11,5 0,589‒0,85 0,7 39,8 119,1 163
Л1144-90-В329 80 1:1,5 13 0,589‒0,9 0,656 20,5 133,7
52 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л1144-93-В419 80 1:1,5 13 0,589‒0,9 0,656 0,89/
0,58
0,626/
0,008
0,486/
0,13 22,1 116,2 158
Модель CL-41,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
80 1:2 14,25 47,4 65 230 6 линз
Л46-03-181 95 1:1,46 9 0,546‒0,9 0,766 0,833/
0,599
0,573/
0,243
0,425/
0,155 53,86 144,96
РР-05-190 95 1:1,64 8 0,589‒0,93 0,766 0,87/0,1 0,53/0,01 0,30/0,01 21,65
Модель CL-38,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
100 1:1,4 10,5 59,3 98,5 1110 6 линз
Л70-В6999 100 1:1,2 10 0,546‒0,9 0,82 19,2 129,4 450
Л1104-96-В480 100 1:1,5 10,3 0,6‒0,9 0,7 0,94/0,60 0,74/0,30 0,55/0,10 52 147,4
Л1104-96-В467 100 1:1,5 10 0,65‒0,863 0,8 0,97/0,23 0,76/0,03 0,49/– 26,2 146,8 315
Л1104-01-В630 100 1:1,5 10 0,65‒0,85 0,8 0,85/0,07 0,52/0,02 0,40/– 12,1 130,3 188
ЛИК-48 100 1:1,2 13 0,589‒0,766 0,58/– 0,38/– 1056
ЛИК-67 100 1:1,2 10 0,583‒0,9 0,78/– 0,45
ЛИК-72 100 1:1,5 12 0,435‒0,766 0,7/– 0,42 181
Арес-2 100 1:1,5 10 0,6‒0,92 0,91/– 0,76 210
АЛ32-03-В01 100 1:1,5 10 0,65‒0,9 0,8 18,1 138,6 202
АЛ31-03-В02 104 1:1,55 5 0,5‒0,9 0,656 211
С афокаль-
ной насадкой
Г = 4,
длина 97,2 мм
Г-0.315.835 ОКБ
«СКАН» 100,1 1:2 8 0,950,80 0,55/0,10 9,08 118,34
Л1104-00-В608 100 1:1,8 10 0,65‒0,863 0,8 0,99/0,95 0,90/0,39 0,75/0,17 26,4 147,1 140
Л46-76-В66 105 1:1,5 23 0,546‒0,7 0,589 17,4
Таблица 2.1.3.2. (Продолжение)
2.1. Объективы 53
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Модель CL-109,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
110 1:2,8 11,5 44, 82 520
Петцваль 120 1:1,5 8,34 0,65‒0,863 0,8 0,93/0,23 0,67/0,03 0,57/0,03 24,6 189,5
Л46-7512-В1 120 1:1,2 12 0,546‒0,9 0,7 10,16
Диамант-2 124 1:1,5 9 0,6‒0,9 0,87/– 0,8 450
Модель CL-33 В,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
125 1:1,75 11,5 15,9 193,9 2100
Л1101-87-В272 131 1:1,1 4,1 0,7‒0,9 0,863 0,881/
0,867
0,541/
0,607 40,13
Модель CL-42,
Япония, Kowa
American Corp. Ltd.
150 1:2 11,5 16,2 150 2020
Г-03.45.726
ОКБ «СКАН» 150 1:2 7 0,48‒0,85 0,589 0,7/0,4 0,5/–
Л46-7506-В1 150 1:1,1 7 0,656‒0,9 0,766 38,84 222,84
Л48-78-В-87 150 1:1,5 8 0,589‒0,9 0,766 0,926/
0,855
0,667/
0,548 46,5 291,02
Л72-В-9464 150 1:1,5 12 0,589‒0,9 0,766 0,843/
0,539
0,471/
0,219 35,2 154,8
ЛИК-69 150 1:1,5 10 0,546‒0,9 0,68/– 0,45/– 1407
ЛИК-74 150 1:1,1 7 0,546‒0,9 0,8 0,87/0,76 0,37/0,21 0,15/0,04 39,4 2127
Л70-В (ЛИК-77) 150 1:1,1 7 0,656‒0,9 0,82 0,91/0,79 0,49/0,10 0,17/0,05 38,5 222,15 2275
Гелиос-ПА 150 1:1,5 10 0,546‒0,9 0,52/– 0,23/–
Арес-9 150 1:1,5 9 0,7‒0,9 0,76649 0,96/0,58 0,82/0,27 0,50/0,19 −0,18 200,8 400
Есть кино-
формная
поверхность
Таблица 2.1.3.2. (Продолжение)
54 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Арес-11 150 1:2 10 0,6‒0,9 0,76649 0,95/0,95 0,82/0,81 0,66/0,64 −0,86 201,31 160
Есть кино-
формная
поверхность
Гелиос 198,5 1:1,5 10 0,589‒0,77 0,656 117,2
Петцваль 200 1:1,65 10 0,589‒0,9 0,656 73,3 315,26
ЛИК-70 200 1:1,5 10 0,546‒0,9 0,53/– 0,35 2860
ЛИК-76 200 1:1,5 6 0,589‒0,9 0,8 0,8/0,5 0,56/0,4 0,15/0,05 96 267,8 2744
Л85-В-12096
(«Арес») 200 1:1,4 5 0,70/0,92 0,82 0,9/0,8 0,6/0,4 0,4/0,2 107,5 267,45
Арес-1 200 1:1,56 7 0,486‒0,951 0,8/– 0,52 2500
Арес-3 200 1:1,47 5 0,67‒0,92 0,77/– 0,55 434,5 2900
Л1144-88-В291 200 1:2,67 5 0,656‒0,92 0,82 113,6 297 Для ТВ-ка-
нала
Л70-В-2495 250 1:1,5 6 0,589‒0,766 0,656 16,72 326,62
Арес-12 260 1:2 0,6‒0,9 0,76649 0,91/
0,87
0,76/
0,36
0,56/
0,05 −1,51 342 500
Есть кино-
формная
поверхность
ЛИК-7 300 1:1,5 6 0,589‒0,766 0,656 0,5/– 0,3 1,35 404,85
Антей 300 1:1,5 6 0,589‒0,9 0,71/– 0,5
Л70-В-2756
(«ЛИК-2») 377 1:1,56 7 0,589‒0,766 0,656 11,94 495,5
ОЛ-1 400 1:1,66 6 134,77
Л70-В-6070
(ЛИК-58) 450 1:2 6 0,546‒0,8 0,656 0,6/– 0,3/– 34,03 669,03 8500
Таблица 2.1.3.2. (Окончание)
2.1. Объективы 55
Основные параметры зеркально-линзовых объективов приведены в табл. 2.1.4.1,
а внешний вид типичных их схем — на рис. 2.1.4.1‒2.1.4.9. На рис. 2.1.4.2, 2.1.4.4,
2.1.4.5 представлены некоторые методы введения в поле зрения зеркально-линзо-
вых объективов прицельной марки (визирной шкалы) [2.1.4.1].
Как известно, объективы ПНВ создают на фотокатоде ЭОП перевернутое изо-
бражение. Для того чтобы оно стало прямым, используется либо ЭОП с оборачи-
ванием изображения, либо вместо окуляра применяется микроскоп. В последнем
случае увеличиваются продольные
габариты ПНВ и возрастает слож-
ность окулярной системы. Поэтому
в зеркально-линзовых объективах
может быть использовано оборачива-
ние изображения. В частности, в объ-
ективе по схеме рис. 2.1.4.6 исполь-
зуется трипель-призма. В данной
схеме сочетаются сферическое зер-
кало и трипель-призма. При большом
относительном отверстии объектива
не удается вывести изображение через
отверстие в зеркале. Оно получается
расположенным перед сферическим
зеркалом. Для его ввода используется
отрицательная линза. Однако при
этом происходит увеличение экви-
валентного фокусного расстояния.
Для его уменьшения применяется
бифокальный оптический компонент.
В данном объективе используется для
защиты от постороннего света бленда.
Поскольку в призменный компонент
лучи входят на высоте значительно
большей, чем на выходе, то бленда мо-
жет близко подходить к призменному
блоку и обеспечить надежную защиту
от засветок [2.1.4.1].
Основные параметры объектива
приведены в табл. 2.1.4.1. К недо-
статкам объектива следует отнести
большую длину хода луча в стекле,
высокие требования к точности уг-
лов призмы (порядка 2″), дополни-
тельные блики и соответствующее
снижение контраста в изображении
из-за большого количества оптиче-
Рис. 2.1.4.1. Оптическая схема объектива,
оптический выпуск Л46-74-В1, f = 80 мм,
О = 1:0,8, 2ω = 10°
Рис. 2.1.4.2. Оптическая схема объектива
с прицельной маркой (показана звездочкой),
оптический выпуск Л70-В-8477, f = 160 мм,
О = 1:1,2, 2ω = 8°56′
Рис. 2.1.4.3. Оптическая схема объектива,
оптический выпуск Л46-80-В89, f = 160 мм,
О = 1:1,18, 2ω = 8°56′
56 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Таблица 2.1.4.1. Основные параметры зеркально-линзовых объективов для носимых, переносных и возимых ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие гео-
метрическое/
эффективное
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для точки на оси/края
поля зрения, для N, штр/мм SF,
мм
L, мм
(с блен-
дой, мм)
Масса
в стек-
ле, г
Примечание
10 30 50 (40)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л1105-В-472 50 1:1,2/1:1,434 13,7 0,4‒0,9 0,7 0,999/
0,545
0,993/
0,070
0,981/
0,012 6,24 36,72
(51,72) 23
С прямым
изображением 62,85 1:1,31/1:1,55 12,8 0,546‒0,9 0,656
Л1104-97-В250 80 1:1,2/1:1,49 12,8 0,486‒0,9 0,7 0,99/
0,79
0,88/
0,36
0,79/
0,11 55,72 10,72
(94,12) 75
Л46-75-В1 80 1:0,8/1:1 10 0,546‒0,9 0,7 5,122 139,33
85 1:1,25эф 12 0,4‒0,9 0,589 0,982/
0,849
0,918/
0,448 6,08 61,36
(79,86)
85 1:1,25эф 12 0,404‒0,9 0,589 0,983/
0,881
0,93/
0,506 5,96 61,46
(76,45)
Материал —
полиметил-
метакрилат
ZLO 1,6/100 100 1:1,64эф 6 0,48‒0,9 0,75 15,14
Завод «Диа-
проектор»,
Беларусь
Л1105-В-471 100 1:1,25/1:1,466 10 0,4‒0,9 0,7 0,997/
0,735
0,976/
0,248
0,934/
0,071 10,3 62,63
(100,63) 150
Л1105-95-В459 100 1:1,25/1:1,49 10,2 0,4‒0,9 0,7 0,99/0,6 0,8/0,2 0,7/0,2 13,6 66,8
Л46-80-В134 100 1:1,25/1:1,5 14 0,404‒0,9 0,589 0,966/
0,856
0,872/
0,513
0,868/
0,285 7,42 67,5
(89,5) 130
Лемниската 100 1:1,14/1:1,35 14 0,404‒0,9 0,589 0,99/0,9 0,97/0,35 0,95/0,2 6,54 67,51
Л1144-В-344 100 1:1,2/– 14 0,404‒0,9 0,82 0,95/0,90 0,65/0,4 0,4/0,1 6,65 69,2
(103,2)
2.1. Объективы 57
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
С прямым
изображением 102,5 1:1,7 6 0,38‒0,78 0,98/
0,93
0,94/
0,55
0,88/
0,47
Центральное
экранирова-
ние зрачка
по диаметру
0,5
Л1105-В-473 120 1:1,25/1,482 8,5 0,4‒0,9 0,7 0,994/
0,842
0,947/
0,301
0,876/
0,204 18,9 78,6
(133,6) 185
Светосильный 124 1:1,5эф 11 0,404‒0,951 0,91/– 0,8 15,8 85,8 250
Для ПНВ «Luna-
Tron» 124 1:1,5эф 11 0,4‒0,95 0,59 0,63/0,51 0,39/0,02 9,7 85,5 184 Есть асферика
Л1144-92-В392 130 1:1,25эф 11 0,404‒0,9 0,589 19,14 90,1
(157,1) .
130 1:1,25эф 11 0,404‒0,9 0,589 0,973/
0,903
0,908/
0,716
0,833/
0,531
Материал —
полиметил-
метакрилат
150 1:1,1/1:1,8 8 0,404‒0,9 0,589 0,985/
0,893
0,915/
0,478
0,807/
0,183 25,27 101,3
Л46-77-В73 160 1:1,18/1:1,39 9 0,404‒0,9 0,589 0,971/
0,893
0,89/
0,661
0,807/
0,425 10 108,17
(216,17) 650
Л70-В-8477 160 1:1,2/1:1,5 9 0,486‒0,656 0,589 0,981/
0,973
0,844/
0,777
0,648/
0,466 15,16 152,6
(178,6) 1400
Л46-80-В148 160 1:1,25/1:1,5 9 0,404‒0,9 0,589 6,317 99,3
(125,3) 490
Л46-78-В89 165 1:1,2/1:1,5 8,7 0,435‒0,9 0,589 6,6 141,2
(246,2) 450
Л1104-01-В625 165 1:1,27/1:1,5 6 0,404‒0,9 0,8 0,98/
0,98
0,97/
0,85 12,4 105
(206) 501
Таблица 2.1.4.1. (Продолжение)
58 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л70-В 200 1:0,866/1:1,04 8 0,436‒1,0 0,546 0,977/
0,857
0,812/
0,354
0,573/
0,137 23,96 298 3900
Л46-77-В62 200 1:1/1:1,2 7 0,404‒0,9 0,589 0,959/
0,776
0,812/
0,273
0,662/
0,069 11,59 145,5
(210,5) 1900
Л45-80-В149 200 1:1/1:1,2 7 0,404‒0,9 0,589 0,959/
0,681
0,814/
0,183
0,684/
0,115 11,12 145,5
(175,5) 1900
Л1104-В-491 200 1:1,25/1:1,45 8 0,486‒0,9 0,8 0,978/
0,493
0,821/
0,188 10,82 120,2
(193,2) 892,2
Л1144-88-В279 200 1:0,98/1:1,32 6 1,3‒2,3 1,7 0,909/
0,796
0,698/
0,158 15,98 3444
Л1144-93-В438 200 1:0,89/1:1,1 3 0,7‒0,9 0,863 0,95/
0,8 20,62
Л1144-В92-382 200 1:0,8/1:1 5 0,6‒0,88 0,863 0,951/
0,613
0,777/
0,077
(0,710/
0,0083) 15,4 133,65
(227,65) 2850
Л1104-99-В561 200 1:0,8/1:1 5 0,7‒0,9 0,863 0,857/
0,575
0,599/
0,280 24,95 2522,4
Л1104-99-В566 200 1:1/1:1,2 7 0,4‒0,9 0,589 0,83 0,701/
0,621
0,271/
0,183 10,2 2133,8
Л46-7512-В1 250 1:1/1:1,25 6 0,546‒0,9 0,7 10,1 С афокальной
насадкой
Л46-75-В 250 1:1,035/1:1,3 6 0,546‒0,9 0,7 3,5 349,5
Л1104-В-495 250 1:1,3/1:1,54 7,72 0,486‒0,9 0,8 0,909/
0,737
0,681/
0,164 26,99 165,99
(261,99) 1519,6
Л70-В-8720 250 1:1,04/1:1,3 6 0,434‒0,95 0,7 3,41 394,8 4000
Л70-В-8719 250 1:1,04/1:1,3 6 0,434‒0,95 0,7 3,46 421,8 3850
Л70-В-8624 300 1:0,7/1:1,3 4,8 0,486‒1,05 0,8 0,962/
0,910
0,707/
0,340
0,397/
0,141 39,61 410,6 7300
Таблица 2.1.4.1. (Продолжение)
2.1. Объективы 59
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л46-7605-В55 297,8 1:1,2/1:1,5 8 0,486‒1,0 0,8 0,96/
0,824
0,856/
0,344
0,755/
0,079 14,59 398,9 5982
Л1144-90-331 302 1:1,2/1:1,5 8 0,7‒0,92 0,8 0,9/
0,39
0,73/
0,13
0,53/
0,24 38,15 202,5
Л1104-96-В488 300 1:1,59эф 4,78 0,486‒0,9 0,8 0,99/
0,99
0,969/
0,969 41,6 201,6
(358,1) 2707,9
Л46-84-199 420 1:3/1:4 3,8 0,589‒0,9 0,863 153,78
Объектив ПО
ГУП НПЗ 486,65 1:2,5эф 3 0,589‒0,9 0,79 0,98/
0,98
0,94/
0,93
0,90/
0,90 16,99 322,7
Материал —
кварцевое
стекло
Л1532-022-89 800 1:4/1:4,72 2,8 0,404‒0,9 0,589 0,92/
0,789
0,789/
0,357 41,66 531 3270
Л1532-016-89 800 1:4/1:4,3 1,5 0,404‒0,9 0,589 0,962/
0,902
0,848/
0,485 41,66 411,1
(539,1) 3731
Л1532-026-90 1436 1:5,4/1:6,5 1 0,7‒0,9 0,863 0,929/
0,903
0,631/
0,542 98 748,7
(968,7) 5475
Л85-В-14445 1428 1:6эф 1 0,7‒0,9 0,863 0,877/
0,746 13,51 566,51
(1026) 7200
Л85-В-14430 1423 1:6эф 1 0,7‒0,9 0,863 0,879/
0,745 8,23 557,23
(1026) 7000
Таблица 2.1.4.1. (Окончание)
60 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
ских компонентов. В связи с этим была предложена схема другого зеркально-
линзового объектива с оборачиванием изображения (рис. 2.1.4.7). В этой схеме
положительная линза 1 в сочетании с зеркалом Манжена 6 компенсирует хро-
матические аберрации в заданной области спектра. Положительная линза 7
в сочетании с центральной частью зеркала Манжена 6 без зеркального покры-
тия компенсирует астигматизм и кривизну поверхности изображения. При-
межуточное перевернутое изображение, формируемое линзами 3, 4 и зеркалом
Манжена 6, расположено между положительным мениском 4 и положительным
зеркалом Манжена 2. Прямое изображение формируется линзами 2 и 4, цен-
тральной частью зеркала Манжена 6 без зеркального покрытия и линзой 7, ком-
пенсируя аберрации перевернутого изображения. Защита от рассеянного света
обеспечивается кольцевой диафрагмой 5. Основные параметры объектива при-
Рис. 2.1.4.4. Оптическая схема объ-
ектива с прицельной маркой (патент
Германии № 2515150, м.кл. G 02B,
23/10, 27/34, опубл. 08.04.75 г.)
Рис. 2.1.4.5. Оптическая схема объектива с при-
цельной маркой (патент Германии № 526119,
м.кл. G 02B, 23/10, 17/08, опубл. 03.08.71 г.)
Рис. 2.1.4.6. Оптическая схема объектива
с оборачиванием изображения при нали-
чии трипель-призмы
Рис. 2.1.4.7. Оптическая схема объектива
с оборачиванием изображения: 1 — поло-
жительная линза, 2 — положительное зер-
кало Манжена, 3 — положительная линза,
4 — положительный мениск, 5 — кольце-
вая диафрагма, 6 — отрицательное зеркало
Манжена, 7 — положительная линза
2.1. Объективы 61
ведены в табл. 2.1.4.1. Однако такие объективы не получили широкого распро-
странения в технике ПНВ из-за сложности сборки и юстировки.
В схемах зеркально-линзовых объективов могут быть достигнуты значи-
тельные фокусные расстояния и относительные отверстия без существенного
увеличения массы и продольных габаритов объектива по сравнению с линзо-
выми объективами [2.1.4.1].
Список литературы
2.1.4.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
2.1.5. Объективы с переменным фокусным расстоянием
В практике техники ПНВ могут быть использованы объективы с переменным
фокусным расстоянием. Это вызвано необходимостью вести поиск и обнаруже-
ние объектов наблюдения в широком поле зрения (т. е. при наличии небольшо-
го фокусного расстояния), а распознавание обнаруженных объектов с большим
масштабом изображения в малом угле поля зрения (т. е. при наличии большого
фокусного расстояния). Изменение фокусного расстояния может быть обеспе-
чено применением сменных афокальных насадок, использованием объективов
с плавно изменяемым фокусным расстоянием (вариообъективы, которые назы-
вают также ZOOM-объективами), а также объективов со ступенчато изменяемым
фокусным расстоянием. Основные параметры объективов с переменным фокус-
ным расстоянием для ПНВ приведены в табл. 2.1.5.1, а внешний вид типичных
объективов — на рис. 2.1.5.1, 2.1.5.2 [2.1.5.1].
Рис. 2.1.4.8. Оптическая схема длиннофокусного объектива по оптическому выпуску
Л1532-016-89, f = 800 мм, О = 1:4,3, 2ω = 1,5°
Рис. 2.1.4.9. Оптическая схема длиннофокусного объектива по оптическому выпуску
Л85-В14430, f = 1423 мм, О = 1:6, 2ω = 1°
62 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Сменные фокальные насадки (табл. 2.1.5.2), бывают линзовые (рис. 2.1.5.3),
реже — зеркально линзовые (рис. 2.1.5.4). Они монтируются непосредствен-
но на объектив ПНВ. При этом фокусное расстояние объектива увеличивается
во столько раз, во сколько раз возрастает увеличение ПНВ при установке насадки.
Например, при установке насадки с увеличением 4 фокусное расстояние объ-
ектива возрастает в четыре раза. При этом если относительное отверстие насад-
ки равно относительному отверстию объектива, то оно остается без изменений.
Однако угол поля зрения объектива при
установке насадки, соответственно,
уменьшается. Преимуществом насадки
является возможность ее быстрой смены
в полевых условиях без нарушения герме-
тичности ПНВ. Недостатком применения
насадки являются сравнительно большие
габариты и масса системы объектив +
насадка и худшее качество изображения
по сравнению с применением нового
более длиннофокусного объектива без
насадки с прежней светосилой, а также
более узкое поле зрения. Некоторые
фирмы по этой причине используют для
изменения масштаба изображения ПНВ
сменные объективы с различными фокус-
ными расстояниями. Однако это при-
водит к разгерметизации ПНВ при замене
объектива. Поэтому чаще используются
именно сменные афокальные насадки.
В частности, фирма Litton (США) исполь-
зует сменные афокальные насадки к ноч-
ному монокуляру или к псевдобиноку-
лярным очкам ночного видения. Насадки
Рис. 2.1.5.1. Оптическая схема линзового объектива с двумя ступенчато изменяемыми
фокусными расстояниями по оптическому выпуску Л46-83-192, этого f = 200/600 мм,
О = 1:1,47/1:4,41, 2ω = 5°/1°
Рис. 2.1.5.2. Оптическая схема зер-
кально-линзового объектива с двумя
ступенчато изменяемыми фокусными
расстояниями: компоненты 1 и 2 мо-
гут меняться местами; в зависимости
от этого f = 300/1260 мм, О = 1:1,5/1:4,3,
2ω = 4,5°/1°
2.1. Объективы 63
Таблица 2.1.5.1. Основные параметры объективов c двумя фокусными расстояниями для ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относи-
тельное
отверстие
2,
град.
,
мкм
р,
мкм τ
Т(N) для точки
на оси/края поля
зрения, для N, штр/мм,
Для одного fоб
Для другого fоб
SF,
мм
L,
мм
Масса
в стек-
ле, г
Примечание
10 30 50
(40)
1 2 3 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Л1144-93-В438 200/93 1:1эф/1:1,8 3/12 0,7‒0,9 0,863 0,910/0,796
0,900/0,246 20,72 162,82
Зеркально-
линзовый
и линзовый рис.
Л1101-84-193 307/160 1:1,67эф./
1:1,5 эф. 3,25/9 0,404‒0,9 0,589 0,83 0,75/0,45
0,80/0,50 6,71 383,1 2300 Зеркально-
линзовый рис.
Л1144-89-В305 450/150 1:3,4эф./
1:1,1эф. 2/7 0,404/0,9 0,8 0,30/0,23
0,88/0,42 20,03 229,9 Зеркально-
линзовый рис.
Л46-83-192 600/200 1:4,41/
1:1,47 1/5 0,656‒0,9 0,863 0,50/0,25
0,35/0,20 60 320 3400 Линзовый рис.
Л1101-84-210 750/250 1:3,75/
1:1,25
5,25/
1,75 0,7‒0,951 0,8 0,512/0,33
0,32/0,06 9,9 403 8140 Линзовый рис.
Л1144-1389-314 999/201 1:5эф./
1:1,1эф. 1/8 0,7‒0,9 0,863 0,71/0,50
0,43/0,25 7,56/7,48 213,4 2500 Зеркально-
линзовый рис.
Л1101-87-В266 1200/300 1:5эф./
1:1,5эф. 1,1/4,5 0,7‒0,9 0,863 0,78 0,443/0,233
0,825/0,56 27,69 437,5 8080 Зеркально-
линзовый рис.
Л1144-В90-332 1500/300 1:7эф./
1:1,5эф. 0,7/5 0,7‒0,9 0,863 0,75 0,59/0,36
0,45/0,25 46,99 300 3450 Зеркально-
линзовый рис.
64 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Таблица 2.1.5.2. Сравнительные параметры афокальных оптических насадок
Фирма Модель
Увели-
чение,
крат
Угол поля
зрения,
град.
Относи-
тельное
отверстие
Диапазон
фокуси-
ровки, м
Габариты,
диаметр
длина, мм
Масса,
кг Примечание
ФГУП «Альфа» (РФ)
НА-2,5 2,5 10 1:1,5 5 м — 7050 0,25 Диапазон рабочих
температур −50…+50 °C,
рассчитана для области
НА-4,0 4,0 8 1:1,5 10 м — 81109,5 0,40 спектра 0,4‒0,9 мкм
ЗАО «Юпитер» (РФ)
Насадка 3 3,0 12 5677 0,27
Насадка 5 5,0 7 5698 0,30
Night Vision Equipment
Company (США)
ML-3 3,0 11,6 1:1,5 15 м — 7560 0,19
550-1503-001 5,0 7,7 1:2,4 25 м — 9076 0,3686
Litton (США)
3x 3,0 13,5 1:1,35 3 м — 0,228 Диапазон рабочих
температур
4x 4,0 10,2 1:1,6 15 м — 0,528 −51…+49 °C
5x 5,0 7,7 1:2,7 25 м — Диапазон рабочих
температур
6x 6,0 6,6 1:1,8 50 м — 1,028 −51…+45 °C
2.1. Объективы 65
имеют увеличения 2,25; 3; 4; 6 крат. Их относительные отверстия, соответственно,
равны 1:1,35; 1:1,8; 1:1,6; 1:1,8 крат. Если взять объектив для ночного монокуляра
или псевдобинокулярных очков ночного видения с фокусным расстоянием 27 мм,
то угол поля зрения ПНВ при его увеличении 1 равен 40°. При установке смен-
ных насадок ПНВ приобретает указанные выше увеличения, а его угол поля зре-
ния станет равным, соответственно, 2017°; 13,5°; 10,2°; 6,6° [2.1.5.1].
Однако для ПНВ с объективом с фокусным расстоянием порядка 200 мм
и выше применение сменной насадки (по крайней мере линзовой) лишено смыс-
ла из-за значительных ее массы и габаритов. Здесь следует использовать уже объ-
ективы другого типа [2.1.5.1].
В настоящее время существуют объективы с плавно меняющимся фокусным
расстоянием (вариообъективы) и с дискретно изменяемым фокусным расстоя-
нием. Вариообъективы достаточно сложны и обладают в связи с этим сравни-
Рис. 2.1.5.3. Оптическая схема линзового объектива с афокальной линзовой насадкой
с увеличением 2,5, О = 1:1.4, 2ω = 10°
Рис. 2.1.5.4. Оптическая схема зеркально-линзового объектива по оптическому выпуску
Л1101-84‒193 с зеркально-линзовой афокальной линзовой насадкой; с увеличением 1,92
параметры объектива: f = 160/307 мм, О = 1:1,25/1:1,25, 2ω = 8°56′/3°16′ (авторское свиде-
тельство СССР на изобретение № 1422204, м. кл. 4 G 02 В 15/18, 17/08 по заявке № 4154328
с приоритетом от 28.11.86 г.
66 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
тельно низким пропусканием, значительной массой. Например, вариообъектив
РЗОХ16ЕР (fоб = 16‒500 мм, О = 1:1,8) фирмы Fujnnon (Япония) содержит 11
линз и имеет массу 20,5 кг [2.5.1]. Отечественный светосильный вариообъектив
для ПНВ (fоб = 44‒132 мм, О = 1:1,5‒1:2, 2 = 4‒12, диапазон ахроматизации
500‒900 нм) содержит 12 линз. Естественно, велика и стоимость таких объекти-
вов [2.1.5.1].
В связи с этим более целесообразным представляется использование в ПНВ
линзовых объективов со ступенчато изменяемым фокусным расстоянием. Из ра-
боты [2.1.5.1] следует, что такие линзовые объективы имеют число линз, не пре-
вышающее 10. Переключение фокусных расстояний осуществляется простым
поворотом группы линзовых компонентов на 90° (рис. 2.1.5.1). При их расположе-
нии в ходе лучей имеем максимальное, при выводе из хода лучей — минималь-
ное фокусное расстояние. При смене фокусных расстояний положение плоскости
изображения остается стабильным. Управление изменением величины фокусно-
го расстояния здесь осуществляется существенно проще, чем для вариообъектива,
где используется обычно перемещение по различным законам двух групп линзо-
вых компонентов [2.1.5.1].
Следующий шаг в развитии объективов с изменяемым фокусным расстояни-
ем заключается в переходе к зеркально-линзовым системам. При этом возможно
использование зеркально-линзовых телескопических насадок (рис. 2.1.5.4). Од-
нако они достаточно громоздки, производить их установку и демонтаж неудобно.
В этой связи значительно больший интерес представляют зеркально-линзовые
объективы со ступенчато изменяемым фокусным расстоянием (рис. 2.1.5.2). Вво-
дом одних компонентов в ход лучей обеспечивается меньшее, а других — большее
значение фокусного расстояния. Для таких объективов предъявляются достаточ-
но высокие требования к механической конструкции по прочности и жесткости
[2.1.5.1].
Для полностью пассивных или пассивно-активных ПНВ предложены схемы
объективов по рис. 2.1.5.5‒2.1.5.6 [2.1.5.1]. Зеркально-линзовый объектив по схе-
ме рис. 2.1.5.5 содержит зеркально-линзовый длиннофокусный канал и линзо-
вый короткофокусный канал. Зеркально-линзовый канал содержит кольцевую
регулируемую ирисовую диафрагму 1, линзу-зеркало 2, зеркало Манжена 3, двух-
линзовый компенсатор 4 полевых аберраций, фильтр 5. Линзовый канал содер-
жит регулируемую ирисовую диафрагму 6,
трехлинзовый компонент 7, образующий
вместе с двухлинзовым компенсатором 4
и фильтром 5 линзовый объектив. Фокаль-
ные плоскости обоих каналов совпадают.
В зависимости от того, какая из диафрагм
(1 или 6) открыта, работает либо один канал,
либо другой канал. Зеркально-линзовый
канал имеет фокусное расстояние 200 мм,
угол поля зрения 5°, относительное отвер-
стие 1:2эф., а линзовый канал — соответ-
Рис. 2.1.5.5. Составной объектив с зер-
кально-линзовым и линзовым концен-
трическими каналами
2.1. Объективы 67
ственно, 98 мм, 12°, 1:1,8. В схеме
на рис. 2.1.5.6 [2.1.5.1] в перифе-
рической области двухлинзового
компенсатора 3 выполнено про-
дольное цилиндрическое отвер-
стие, в которое вмонтирован ко-
роткофокусный широкоугольный
линзовый объектив 4. Он создает
поле зрения 6 в периферической
части поля зрения 7, формируе-
мого зеркально-линзовым объ-
ективом (компоненты 1, 2, 3, 5). Потери, вносимые в объектив 1,2,3,5 из-за уста-
новки в нем линзового объектива 4, не превышают 10 %. Фокусное расстояние
зеркально-линзового объектива 200 мм, угол поля зрения 8° 30′, относительное
отверстие 1:1,2эф, а у линзового объектива — соответственно, 15 мм, 20°, 1:1,3.
Аналогичным образом в линзовый объектив 1 (рис. 2.1.5.7) [2.1.5.1] можно ввести
линзовый короткофокусный объектив 2 с теми же параметрами, что и у объекти-
ва по схеме на рис. 2.1.5.6 [2.1.5.1]. За счет системы плоских зеркал 3, 4 (зеркало
4 может быть выполнено откидным) излучение от сцены наблюдения вводится
в объектив 3. Линзовый объектив 1 имеет фокусное расстояние 150 мм, угол поля
зрения 10°, относительное отверстие 1:1,5 [2.1.5.1]. Составной линзовый объек-
тив по схеме рис. 2.1.5.8 имеет на входе кольцевой фильтр 1 и круговой фильтр 2.
В концентрическом продольном отверстии длиннофокусного линзового объекти-
ва 3 содержится короткофокусный линзовый объектив 4. Кольцевой фильтр 1 про-
пускает в области спектра 0,78‒0,91 мкм, фильтр 2 — в области 0,4‒0,75 мкм (т. е.
излучение для короткофокусного объектива), фильтр 5 — в области 0,4‒0,75 мкм,
фильтр 6, — в области 0,78‒0,92 мкм (т. е. в излучение для длиннофокусного объ-
ектива). Таким образом, в центральной части поля зрения 7 формируется узко-
польное изображение длиннофокусного объектива 4, а в периферической части 8
поля зрения — широкопольное изображение короткофокусного объектива 4. По-
следний имеет фокусное расстояние 20 мм, относительное отверстие 1:1,3, угол
поля зрения 48°, а объектив 3 — соответственно, 100 мм, 1:1,5, 5° [2.1.5.1].
Рассмотрим специфику построения объективов с двумя фокусными расстоя-
ниями для АИ ПНВ.
Рис. 2.1.5.6. Составной объектив с зеркаль-
но-линзовым и линзовым периферическим
каналами
Рис. 2.1.5.7. Составной объектив с линзовым осевым и линзовым периферическим каналами
68 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Для АИ ПНВ используются линзовые и зеркально-линзовые объективы.
Специфика построения объективов АИ ПНВ обусловлена необходимостью их
работы как в широком диапазоне спектра, определяемом границами спектраль-
ной чувствительности фотокатода ЭОП (пассивный режим работы ПНВ), так
и в узкой области спектра, соответствующей полосе излучения лазерного освети-
теля (АИ-режим).
Требования к объективу при его функционировании соответственно пассив-
ному режиму работы ПНВ фактически те же, что и для объективов обычных пас-
сивных ПНВ на основе ЭОП. Относительное отверстие должно быть максималь-
но возможным, однако приемлемое качество изображения обычно может быть
обеспечено только для величин 1:1,2‒1:1,5. Фокусное расстояние определяется
требуемым масштабом изображения и, соответственно, увеличением ЭОП. Угол
поля зрения зависит от фокусного расстояния и от рабочего диаметра фотокатода
ЭОП [2.1.5.1].
При работе объектива в условиях АИ-режима диапазон ахроматизации рез-
ко сокращается. При использовании осветителей на базе твердотельных лазе-
ров с длиной волны 1,06 мкм он составляет всего 5 нм, а для осветителей на базе
ИЛПИ — 0,82‒0,86 мкм или 0,88‒0,91 мкм (в зависимости от типа ИЛПИ, раз-
броса длин волн и их температурного дрейфа со скоростью 2,5 Å/град.). Угол поля
зрения в АИ-режиме равен углу подсвета лазерного осветителя и потому значи-
тельно меньше, чем для пассивного режима. Требования по качеству изображе-
ния (по величине коэффициента передачи контраста для характеристических
пространственных частот), при использовании объектива в условиях АИ-режима
значительно жестче, чем в условиях пассивного режима. Это вызвано тем, что
АИ-режим служит для распознавания объектов на предельных дальностях дей-
ствия АИ ПНВ, в то время как пассивный режим предназначен главным образом
для их обнаружения либо распознавания на промежуточных дальностях. Относи-
тельное отверстие объектива при его использовании для АИ-режима может быть
ниже, чем для пассивного режима, т. к. недостаточность светосилы может быть
компенсирована мощностью излучения лазерного подсвета [2.1.5.1].
Исторически первоначально для АИ ПНВ использовались линзовые объек-
тивы, они проще в сборке и юстировке, однако обладают значительной массой
и продольными габаритами, качество их изображения сравнительно низко, в осо-
бенности на краю поля зрения [2.1.5.1]
Рис. 2.1.5.8. Составной линзовый объектив с двумя концентрическими каналами
2.1. Объективы 69
Существенно более высокое качество изображения, меньшие массу и про-
дольные габариты имеют зеркально-линзовые объективы. К их недостаткам сле-
дует отнести некоторое увеличение поперечных габаритов (по сравнению с лин-
зовыми объективами при одинаковой светосиле), необходимость использования
бленд, а также ощутимые потери на виньетирование, что ограничивает их приме-
нение в широкоугольных ПНВ [2.1.5.1]
Для реализации повышенных дальностей действия, обеспечиваемых с помо-
щью АИ-режима, требуется большой масштаб изображения и, соответственно,
значительное фокусное расстояние объектива. Угол поля зрения последнего
может быть небольшим, равным углу подсвета осветителя. Наоборот, для поиска
и обнаружения объектов в пассивном режиме необходим больший угол поля зре-
ния, но возможен меньший масштаб изображения, т. к. в распознавании объекта
в этом режиме на предельных дальностях нет возможности. Из этого следует, что
для АИ ПНВ целесообразно использовать объектив с переменным фокусным рас-
стоянием: верхний его предел с меньшим углом поля зрения соответствует АИ-ре-
жиму, нижний предел с широким углом поля зрения — пассивному режиму.
Но вариообъективы достаточно сложны и обладают в связи с этим сравнительно
низким пропусканием, значительной массой. В связи с этим более целесообраз-
ным представляется использование в АИ ПНВ линзовых объективов со ступенча-
то изменяемым фокусным расстоянием. Из работы [2.1.5.1] следует, что линзовые
объективы обычно имеют число линз, не превышающее 10. Переключение фокус-
ных расстояний осуществляется простым поворотом группы линзовых компонен-
тов на 90°. При их расположении в ходе лучей имеем максимальное, при выводе
из хода лучей — минимальное фокусное расстояние. При смене фокусных рас-
стояний положение плоскости изображения остается стабильным. Управление
изменением величины фокусного расстояния здесь осуществляется существенно
проще, чем для вариообъектива, где используется обычно перемещение по раз-
личным законам двух групп линзовых компонентов [2.1.5.1].
Следующий шаг в развитии объективов с изменяемым фокусным расстояни-
ем заключается в переходе к зеркально-линзовым системам. При этом возможно
использование зеркально-линзовых телескопических насадок. Однако они доста-
точно громоздки, производить их установку и демонтаж неудобно. В этой связи
значительно больший интерес представляют зеркально-линзовые объективы
со ступенчато изменяемым фокусным расстоянием. Вводом одних компонентов
в ход лучей обеспечивается меньшее, а других — большее значение фокусного
расстояния. Для таких объективов предъявляются достаточно высокие требова-
ния к механической конструкции по прочности и жесткости [2.1.5.1].
Общим недостатком всех объективов с переменным фокусным расстоянием
является необходимость соответствующего перемещения оптических компо-
нентов. Этот недостаток отсутствует в зеркально-линзовых объективах по схеме
на рис. 2.1.5.9. В них плоская зеркально отражающая поверхность А выполнена
дихроичной: она отражает излучение в области спектра 0,7‒0,92 мкм (пассивный
режим) за исключением рабочей полосы осветителя (0,82‒0,86 мкм), в которой это
70 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
покрытие пропускает. Кривые пропускания
(отражения) такого покрытия приведены
на рис. 2.1.5.10. При работе объектива в пас-
сивном режиме излучение проходит через
линзу-зеркало 1, зеркало Манжена 2, отра-
жается от дихроичного покрытия А, прохо-
дит через 2-линзовый компенсатор 3 поле-
вых аберраций и формирует изображение
в фокальной плоскости объектива. При его
работе в АИ-режиме излучение проходит
через линзу-зеркало 1, зеркало Манжена 2,
часть линзы-зеркала 4, на которую нанесе-
но дихроичное покрытие А, компоненты 5,
отражается от 2-го зеркала Манжена 6, про-
ходит через центральную часть линзы-зер-
кала 4 без дихроичного покрытия, 2-линзо-
вый компенсатор и формирует изображение
в той же фокальной плоскости объектива.
При этом оба изображения не мешают друг
другу, т. к. при работе в АИ-режиме яркость
«пассивного» изображения ослабляется
в число крат, равное скважности. При работе в пассивном режиме длиннофокус-
ный канал также не влияет на изображение короткофокусного канала из-за пре-
небрежимо малой яркости в изображении длиннофокусного канала, обусловлен-
ной как его большим фокусным расстоянием, так и меньшей светосилой [2.1.5.1].
Список литературы
2.1.5.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. — М.: Новости,
2009. — 840 с.
Рис. 2.1.5.10. Кривые пропускания
и отражения покрытия А зеркально-
линзового объектива для АИ ПНВ
по схеме на рис. 2.1.5.9
Рис. 2.1.5.9. Зеркально-линзовый объектив с двумя фокусными расстояниями для АИ ПНВ
2.1. Объективы 71
2.1.6. Объективы для осветителей и целеуказателей
Рассмотрим теперь объективы для осветителей и целеуказателей, работающих
совместно с ПНВ. Выбор объектива для осветителей и целеуказателей возможен,
если установлены требования к его фокусному расстоянию fоб, относительному
отверстию О = fоб (Dвх. зр.)1, интегральному коэффициенту передачи энергии Σ,
углу поля зрения, равному углу подсвета 2, коррекции (допустимому кружку
рассеяния), массе и габаритам [2.1.6.1]. Объективы такого типа обычно называ-
ются оптическими системами формирования излучения (ОСФИ) [2.1.6.1].
Фокусное расстояние объектива и его относительное отверстие могут быть
определены по следующим формулам (рис. 2.1.6.1) [2.1.6.1]:
fоб = а (2 tg )1, (2.1.6.1)
fоб (Dвх. зр.)1 = (2 (tg + tg 0,5 ))1, (2.1.6.2)
где a — габаритный размер излучающей поверхности импульсного лазерного по-
лупроводникового излучателя (ИЛПИ) или выходного торца его интегратора, мм
[2.1.6.1] либо лазерного полупроводникового излучателя, работающего в непре-
рывном режиме (ИЛПН), — угол расходимости лазерного излучения, град.
Значением tg в формуле (2.1.6.2) можно пренебречь, если соответствую-
щий спад облученности на краю пятна подсвета не приводит к потере видимо-
сти в ПНВ.
Интегральный коэффициент передачи энергии непосредственно связан
со схемой объектива и определяется по формуле:
Σ = o э, (2.1.6.3)
о = П(1 − р) П(1 − m)dm, (2.1.6.4)
э = (∫dΦ ∫Li Sвх. зр. Sin Cos d) (∫dΦ ∫Li Sвх. зр. Sin Cos d)1. (2.1.6.5)
При 3 и Li = const:
э (2 ) (2 + 2), (2.1.6.6)
где o — коэффициент пропускания с учетом потерь на отражение и поглощение
излучения, э — коэффициент передачи
энергии излучения с учетом аберрацион-
ного рассеяния вне заданного угла под-
света, p, m — число отражающих и пре-
ломляющих поверхностей соответственно,
р, m — коэффициент отражения и погло-
щения соответственно, dm — длина хода
осевого луча в оптической детали, Li — яр-
кость входного зрачка объектива в данном
направлении /Вт/м2/Ср/, Sвх. зр — площадь
входного зрачка объектива /мм/, —
Рис. 2.1.6.1. К расчету интегрального
коэффициента передачи энергии объ-
ектива формирования излучения
72 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
приращение угла подсвета, обусловленное
аберрационным рассеянием излучения.
Роль остальных составляющих формулы
2.1.6.5. ясна из рассмотрения рис. 2.1.6.1. Ре-
альные относительные отверстия объективов
могут составлять 1:1,8‒1:1,3 при наиболее
вероятном значении 1:1,5. С учетом разброса
длин волн от 820 до 860 нм и от 870 до 920 нм
потребуется ахроматизация. Поскольку
обычно 2 3°, то при исправлении моно-
хроматических аберраций главную роль будет
играть коррекция сферической аберрации
и комы.
Считая, что излучение равномерно рас-
пределено на выходном торце интегратора
ИЛПИ или ИЛПН, имеем:
э = А (А + А)1, (2.1.6.7)
где А — площадь излучающей поверхности
интегратора (мм), А — эквивалентное при-
ращение площади этой поверхности, об-
условленное аберрациями объектива (мм).
Объектив изображает каждую точку излу-
чающей поверхности в виде кружка рассея-
ния, диаметр которого определяется главным
образом аберрациями объектива. За счет этого
объектив изображает некоторую эквивалент-
ную поверхность, размеры которой являются
суммой ее естественных размеров и размера
наибольшего кружка рассеяния [2.1.6.1].
Обозначим через приращение излу-
чающей поверхности в обоих направлениях,
вызывающее увеличение ее площади на вели-
чину А. Легко показать, что:
Δ = (0,25 (a + b)2 + τэ a b)0,5 − 0,5 (a + b), (2.1.6.8)
где a, b — максимальный и, соответственно, минимальный размеры излучающей
поверхности /мм/.
При этом:
d = ((b + )2 − b)0,5. (2.1.6.9)
Таким образом, задавая из энергетических соображений величину э, получим
по формулам 2.1.6.8. и 2.1.6.9 значение допустимого максимального кружка рас-
сеяния d.
Рис. 2.1.6.2а. Лазерный осветитель
с единым объективом для двух ИЛПИ
(ИЛПН): 1 — объектив ОСФИ, 2 —
ИЛПИ (ИЛПН) с длиной волны
85010 нм, 3 — дихроичное зеркало,
4 — ИЛПИ (ИЛПН) с длиной волны
820‒20 нм
Рис. 2.1.6.2б. Спектральная харак-
теристика дихроичного покрытия
зеркала 3 по рис. 2.4.29а: 1 — пропу-
скание покрытия в области спектра
800‒820 нм, 2 — отражение в области
спектра 840‒900 нм
2.1. Объективы 73
Таблица 2.1.6.1. Основные параметры оптических систем формирования излучения лазерных осветителей и целеуказателей для ПНВ
Наименование
(№ оптического
выпуска)
fоб.,
мм
Относительное
отверстие
2ω,
град.
Δλ,
мкм
λр,
мкм τ
Диаметр
максималь-
ного кружка
рассеяния,
мм
SF’, мм L, мм Масса в
стекле, г Примечание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 13 14
Л1101-87-В-257 3,02 1:0,85 1 0,83‒0,87 0,863 0,005 0,93 11,03 4
Градиентная
линза 7,02 1:1,8 1 0,82 0,05 6,33 Оптический журнал,
1994. № 8. C. 54–56
Л1144-В91-355 8 1:1,4 1 0,67‒0,8 0,8 0,05 4,3 10,2
Л71-В-6744 20,2 1:1,8 3 0,87‒0,93 0,91 0,05 12,8 22,63
20,2 1:1,8 3 0,87‒0,92 0,91 0,1 17,07 22,67 8
20 1:2 1 0,8‒0,863 0,83 0,05 13,6
Л1104-99-В553 20 1:2 0,92 0,8‒0,863 0,83 0,1 15,47 2
Л1104-01-В624 20 1:1,4 6 0,8‒0,9 0,863 0,1 16,9 21,8 3
Л1144-89-В299 20,31 1:0,88 3,2 0,8‒0,863 0,83 0,2 9,14 24,48 1,55
Л-467402-В1 25 1:1,5 3 0,87‒0,91 0,91 0,006 15,08 21,2 5,6
Л1104-99-В558 43 1:1,1 4 0,83‒0,9 0,863 0,4 27,2 49,1
64 1:2 0,3 0,863 0,05 59,1 72,4
Л46-76-В45 60 1:1,4 1 0,863‒0,951 0,9 0,4 53,79 65,5 27
Л46-76-В44 60 1:1,4 1 0,863‒0,951 0,9 0,2 54,65 64,36 45
Л46-76-В51 60 1:1,4 1 0,863‒0,951 0,9 0,02 51,18 62,93 45,6
107,6 1:1,3 3 0,83‒0,87 0,863 0,05 74,06 113,3 50
Л46-78-В92 101,4 1:1,1 4 0,83‒0,9 0,863 0,2 74,05 112,5 300
Л46-77-В68 114 1:0,8 10,5 0,83‒0,87 0,863 0,5 8,56 114 1584
Л46-77-В68 114 1:0,7 1 0,863‒0,92 0,9 0,1 4,02 105 2500
74 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 13 14
Л1101-87-В273
«Лазофор-1» 115 1:1,25 1,8 0,863 0,03 102,5 122,5 408
Л1101-87-В273
«Лазофор-2» 115 1:1,25 1,8 0,863 0,2 103,6 123,6 446
Л1104-99-В557 120 1:1,1 1,5 0,83‒0,9 0,863 0,1 84,38 134,68
Л46-80-В131 125,1 1:0,71 3 0,83‒0,9 0,863 0,4 14,26 212,8 2685
Л46-76-В63 150 1:1,5 0,75 0,87‒0,9 0,9 0,1 131,8 174,9 687
Э231 024 000 179,5 1:1,23 3 0,87‒0,93 0,9 0,45 179,5 201,5
Э23 1023 003 191,7 1:1,24 3 0,87‒0,93 0,9 0,5 174,6 212,6
Э23 1024 000 197,8 1:1,25 3 0,87‒0,93 0,9 0,4 183,7 210,7
Л46-06-73-В3 200 1:1,5 2,5 0,83‒0,89 0,9 0,1 169,7 213
Л45-76-В57 200 1:0,7 1 0,9 0,1 29 284,5
Л46-78-В86 245 1:1,4 3 0,83‒0,89 0,9 0,1 208 266,9 2300
Л46-80-В132 245 1:1,4 30 0,83‒0,9 0,863 0,7 290 275,4 8224
Л1144-В303-89 245 1:1,4 1,51 0,863 0,8 228,3 251,3 1200
Л46-74-09-В1 250 1:1,8 0,25 0,87‒0,93 0,91 0,05 214,19 292, 285 2373
250 1:1,4 0,25 0,87‒0,93 0,91 0,1 219,1 297,7
298 1:2,1 3 0,83‒0,87 0,863 0,89 284 308,7 750
320 1:1,5 0,50,2 0,7‒0,9 0,863 0,82 276,3 376,8 6788
320 1:1,5 1 0,83‒0,87 0,863 0,5 297,5 340,7 5100
Л46-06-73-В3 400 1:1,5 2,5 0,83‒0,89 0,863 0,1 338,4 419,4 19800
400 1:1,5 2,5 0,83‒0,89 0,863 0,3 375 405 7500
Л46-79В-111 60240 1:1,4 61,5 0,83‒0,90 0,863 0,4 7590,7 354,5 3200
Valpey Corp.
(США) 1272 1:1,5 406,6 0,863
Таблица 2.1.6.1. (Окончание)
2.1. Объективы 75
В целях сокращения массы и габаритов осветителя рекомендуется его по-
строение по схеме на рис. 2.1.6.2а. Здесь за счет использования зеркала 3 с дихро-
ичным покрытием происходит суммирование излучения обоих ИЛПИ (ИЛПН)
2 и 4, генерирующих в разных областях спектра. Объектив 1, сфокусированный
на оба ИЛПИ (ИЛПН), охваты-
вает их излучение. Потери в зер-
кале не превышают 10‒15 %.
Спектральная характеристика
дихроичного покрытия зеркала 3
дана на рис. 2.1.6.2б [2.1.6.1]. Бла-
годаря такой схеме вдвое умень-
шается требуемое количество объ-
ективов группового излучателя.
Обычно в современных осветите-
лях используют ИЛПИ (ИЛПН)
со встроенным интегратором
[2.1.6.1].
Основные схемы и параме-
тры разработанных объекти-
вов ОСФИ приведены в рабо-
тах [2.1.6.1, 2.1.6.11, 2.1.6.18].
На рис. 2.1.6.3‒2.1.6.13 приве-
дены схемы объективов ОСФИ,
а их основные параметры даны
в табл. 2.1.6.1.
Снижения массы объективов
можно добиться применением вме-
сто традиционных 2- и 3-линзовых
объективов со сферическими оп-
тическими поверхностями одно-
линзовых с одной асферической
(рис. 2.1.6.8) или одной киноформ-
ной поверхностью (рис. 2.1.6.9)
[2.1.6.1, 2.1.6.18]. В последнем
случае масса минимальна, и воз-
можно простое тиражирование
объектива. Снижение массы и га-
баритов в сочетании с большим
углом охвата излучения и высоким
качеством изображения достига-
ется за счет использования пред-
ложенных нами зеркально-лин-
зовых объективов ОСФИ [2.1.6.1]
(рис. 2.1.6.10). Их недостатком
Рис. 2.1.6.3. Оптические схемы объективов
ОСФИ с f от 3 до 25 мм
б
г
а
в
Рис. 2.1.6.4. Оптические схемы объективов
ОСФИ с f от 60 до 100 мм
б
г
а
в
Рис. 2.1.6.5. Оптические схемы объективов
ОСФИ с f от 150 до 245 мм
б
г
а
в
76 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
является центральное виньетирова-
ние пучка, что вносит энергетические
потери до 30 %. Для их снижения ис-
пользуется сужающийся интегратор,
на выходе которого угол расходимости
увеличивается с 40° до 80°, что умень-
шает продольные габариты объектива.
Еще большее снижение габаритов
и массы может быть достигнуто за счет
применения в качестве объективов
ОСФИ пластмассовых линз Френеля
[2.1.6.11]. Исследования, выполненные нами, показали возможность такого их
использования. При этом энергетические потери (для достигнутого уровня оте-
чественной технологии) составляют 30‒40 % [2.1.6.11]. Мелкодискретные линзы
Френеля с конусной формой рабочих зон, изготавливаемые из полиметилметак-
рилата и его сополимеров, обладают существенно малыми аберрациями, связан-
ными со структурой [2.1.6.1]. Зональная система расчета линз Френеля позволяет
делать их дискретную поверхность эквивалентной асферическим поверхностям,
исправлять сферическую аберрации и дисторсию [2.1.6.11]. Схема прохождения
луча в линзе Френеля, используемой в качестве ОСФИ, показана на рис. 2.1.6.14.
Основные параметры линз Френеля, используемых в качестве объективов ОСФИ,
аналогичны параметрам обычных линзовых объективов, за исключением массы,
которая не превышает нескольких десятков грамм. Однако при повышенных
температурах преимущество имеют линзовые объективы из традиционного опти-
ческого стекла. Применение линз Френеля в качестве объективов ОСФИ позво-
ляет оптимизировать и схему объектива ПНВ. На рис. 2.1.6.15 представлены эти
схемы. Зеркально-линзовый объектив с однолинзовым компенсатором 2 на входе
показан на рис. 2.1.6.15а, и без него — с плоскопараллельной пластиной (защит-
ным стеклом — плоским зеркалом) 2 на входе — на рис. 2.1.6.1б [2.1.6.4]. В пер-
вом случае линза Френеля 6 расположена на некотором расстоянии от линзового
компенсатора 2 и сопряжена с ИЛПИ (ИЛПН) 5 через отверстие в центральной
нерабочей части компенсатора 2. Во втором случае линза Френеля 6 своей пло-
ской поверхностью приклеена к первой оптической поверхности защитного стек-
ла 2 (плоскопараллельной пластины) и сопряжена непосредственно через него
с ИЛПИ (ИЛПН) 5. В варианте на рис. 2.1.6.15а возможна модернизация серий-
ных зеркально-линзовых объективов ПНВ, а в варианте на рис. 2.1.6.15б достига-
ются минимальные масса и габаритные размеры.
Рис. 2.1.6.6. Оптическая схема широко-
угольного объектива ОСФИ
Рис. 2.1.6.7. Оптические схемы объективов ОСФИ с f 320 мм (а) и 400 мм 9 (б)
а б в
2.1. Объективы 77
Для осветителя с плавно
изменяемым углом подсвета
(который можно связать с соот-
ветствующим изменением вре-
менной задержки) могут быть
использованы вариообъективы
с плавно изменяемым фокус-
ным расстоянием (рис. 2.1.6.11)
[2.1.6.1]. По сравнению с варио-
объективами для приемной части
ПНВ такие системы получаются
более простыми как за счет узко-
го диапазона ахроматизации, со-
ответствующего рабочему спек-
тру излучения ИЛПИ (ИЛПН),
так и менее жестких требований
к качеству изображения.
Для эффективного снижения
массы и габаритов наиболее це-
лесообразно использование ком-
бинированных зеркально-лин-
зовых объективов (рис. 2.1.6.12,
2.1.6.13) [2.1.6.1]. В фокальной
плоскости, соответствующей
точке фокуса F1, устанавливается
фотокатод ЭОП, а в точке фокуса
F2 — ИЛПИ (ИЛПН). В объек-
тиве по схеме на рис. 2.1.6.12 ис-
пользуются как для передачи, так
и для приема излучения одни и те
же крупногабаритные компонен-
ты объектива, только разные их
участки. В схеме на рис. 2.1.6.13
используется независимый ход
лучей. И в том, и в другом слу-
чае рационально используется
Рис. 2.1.6.8. Оптические схемы объективов ОСФИ
с одной асферической поверхностью: а) парабола;
б) гипербола
Рис. 2.1.6.9. Оптические схемы объективов ОСФИ
с одной киноформной поверхностью (К — кино-
формная поверхность)
Рис. 2.1.6.10. Оптические схемы зеркально-линзо-
вых объективов ОСФИ
б
г
а
в
Рис. 2.1.6.11. Оптические схемы вариообъективов ОСФИ: а) отечественная модель; б) мо-
дель фирмы Valpey Corp., США
а б
78 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
центральная часть первого компонента однолинзового
компенсатора полевых аберраций, являющаяся нерабо-
чей для обычного приемного зеркально-линзового объ-
ектива.
Для лазерных целеуказателей (используемых обычно
в комплексе с наголовным ночным монокуляром или
с очками ночного видения) и малогабаритных лазерных
осветителей целесообразно применение малогабарит-
ной оптики ОСФИ. Оптические схемы таких объекти-
вов приведены на рис. 2.1.6.16‒2.1.6.18. При проектиро-
вании данных объективов следует учесть, что защитное
стекло полупроводникового лазерного излучателя, работающего, как правило,
в непрерывном или в квазинепрерывном режиме (ИЛПН), имеет толщину от 0,17
до 0,8 мм. Поэтому необходимо не только предусмотреть соответствующее заднее
Рис. 2.1.6.12. Оптическая схема ком-
бинированного зеркально-линзового
объектива ОСФИ с общим зеркалом
Манжена и однолинзовым компенса-
тором полевых аберраций
Рис. 2.1.6.13. Оптическая схема комбини-
рованного зеркально-линзового объектива
ОСФИ с нерабочим центральным участком
линзы-зеркала для использования в качестве
параболического зеркала объектива ОСФИ
Рис. 2.1.6.14. Схема про-
хождения луча в линзе
Френеля, используемой
в качестве ОСФИ
Рис. 2.1.6.15. Зеркально-линзовый объектив с однолинзовым компенсатором 2 на входе (а)
и без него (б) — с плоскопараллельной пластиной (защитным стеклом — плоским зерка-
лом) 2 на входе
а б
2.1. Объективы 79
вершинное фокусное расстояние, но и вы-
полнить плоской оптическую поверхность,
обращенную к защитному стеклу ИЛПН.
Среднеквадратическая погрешность вол-
нового фронта должна быть не более 0,05
от длины волны ИЛПН (<0,05 ). Желатель-
но, чтобы габаритные размеры такого объ-
ектива не превышали 812 мм. С учетом
этих требований фирма Melles Griot (США)
разработала ряд объективов для лазерных
целеуказателей. Объективы имели расчетную
длину волны 0,83 мкм, числовую апертуру
от 0,62 (при фокусном расстоянии 6,5 мм,
диаметре входного зрачка 8 мм, максималь-
ном искажении волнового фронта 0,04)
до, соответственно, 0,2 (при фокусном рас-
стоянии 50 мм, диаметре входного зрачка
20 мм, максимальном искажении волнового
фронта 0,07). На рис. 2.1.6.19 представле-
ны различные схемы объективов для лазер-
ных целеуказателей. На рис. 2.1.6.19а дана
схема объектива, допускающая получение
максимального заднего вершинного фокус-
ного расстояния. На рис. 2.1.6.19б дана схема
объектива с плоскопараллельной пластиной.
Схема позволяет уменьшить сферическую
аберрацию, снизить требования к децентри-
ровке линз, обеспечивает небольшую стои-
мостью изготовления объектива. Линзовые
дублеты по схемам (рис. 2.4.46в, г) позволяют
добиться также невысокой стоимости изго-
товления объектива при условии сохранения
достаточно высокого качества изображе-
ния. При условии добавления к этим схемам
апланатического мениска (рис. 2.1.6.19д, е)
хорошо исправляются сферическая аберрация и кома. Фирма Micro Laser Systems
(США) разработала объектив по схеме «Петцваль» (рис. 2.1.19ж) для расчетной
длины волны 0,83 мкм с числовой апертурой от 0,62 при фокусном расстоянии
8,2 мм, диаметре входного зрачка 6 мм, максимальном искажении волнового
фронта 0,05, заднем вершинном фокусном расстоянии 2,92 мм. Все линзы
выполнены из стекла БК7. Объектив для обеспечения круглого пятна подсвета
содержит цилиндрическую линзу для устранения астигматизма, возникающего
в лазерном пучке из-за различных расходимостей излучения в вертикальной и го-
ризонтальной плоскости.
Рис. 2.1.6.16. Оптическая схема объ-
ектива целеуказателя лазерного,
оптический выпуск Л1144-В91-355,
f = 8 мм, О = 1:1,4, 2ω = 1°
Рис. 2.1.6.17. Оптическая схема объ-
ектива целеуказателя лазерного,
f = 5 мм, О = 1:1,6, 2ω = 1°
Рис. 2.1.6.18. Оптическая схема объ-
ектива целеуказателя лазерного,
f = 20 мм, О = 1:2, 2ω = 1°
80 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
Фирма Wild Heerbrugg (Швейцария) для лазерного целеуказателя REM 007
разработала объектив для расчетной длины волны 0,83 мкм с относительным
отверстием 1:1,3 при фокусном расстоянии 9 мм, угле подсвета 2,6 мрад, заднем
вершинном фокусном расстоянии 2,92 мм (рис. 2.1.6.19з). Практика показала,
что оптимальным решением являются 3- или 4-линзовые объективы, т. к. система
из пяти линз не обеспечивает необходимой величины среднеквадратической по-
грешности волнового фронта.
Этому требованию удовлетворяют схемы отечественных объективов
(рис. 2.1.6.16‒2.1.6.18).
Для снижения стоимости объективов фирма Eastman Codak Co. (США) разра-
ботала одноэтапный технологический процесс отливки линз FLM. Этот процесс
позволяет получить отливки пластмассовых линз с асферическими поверхностя-
ми с помощью высокоточного литья под давлением без дальнейшей обработки.
При этом возможно объединение оптически контролируемых пластмассовых
линз в единый линзовый компонент и уменьшить число линз в схеме объектива.
На рис. 2.1.6.196. представлены объективы, выполненные по этой технологии
в однолинзовом (рис. 2.1.6.19и) и двухлинзовом (рис. 2.1.6.19к) исполнении.
При этом двухлинзовая схема соответствует требованиям к 4-линзовой схеме,
среднеквадратическая погрешность волнового фронта менее 0,04 (на отдель-
ных образцах — менее 0,02) для рабочей длины волны 0,828 мкм. Фирма Philips
(Нидерланды) также выпускает серийные пластмассовые объективы, изготовлен-
ные по той же технологии FLM. Объективы, линзы которых выполнены из ра-
диационно стойкого поликарбоната, имеют для расчетной длины волны 0,83 мкм
числовую апертуру 0,45 при фокусном расстоянии 4,5 мм, максимальном иска-
жении волнового фронта 0,05, заднем вершинном фокусном расстоянии 1,9 мм.
Рабочая температура объектива составляет −40…+50 °C, температурa хранения
−30…+85 °С.
Рис. 2.1.6.19. Различные оптические схемы объективов целеуказателя лазерного
г
з
б
е
в
ж
а
д
д д
2.1. Объективы 81
Для указанных объективов может быть использована градиентная оптика
[2.1.6.25, 2.1.6.26]. В работе [2.1.6.25] показана возможность создания градиент-
ного объектива c внутренними асферическими поверхностями и с радиально
распределенным показателем преломления (рис. 2.1.6.20a). Изготовленный гра-
диентный объектив имеет фокусное расстояние 0,36 мм при световом диаметре
0,62 мм, угловом поле зрения в пространстве предметов 70°. Изготовлен также
объектив с фокусным расстоянием 2,0 мм, диаметром 2,7 мм при угловом поле
зрения в пространстве предметов 60°. Для лазерных целеуказателей были также
изготовлены высокоапертурные граданы с фокусным расстоянием 3 мм при диа-
метре 1,75 мм и длине 5 мм. В работе [2.1.6.26] показана возможность создания
градиентной линзы со сфероконцентрическим распределением показателя пре-
ломления для коллимации излучения ИЛПН в лазерном целеуказателе. Внешний
вид этой линзы дан на рис. 2.1.6.20б, а характер распределения показателя пре-
ломления n вдоль оптической оси z градиентной линзы — на рис. 2.1.6.20в. Линза
была рассчитана для ИЛПН типа ИЛПН-108 с углом расходимости излучения
в плоскости, параллельной р-n-переходу, равном 5°, а в плоскости, перпендику-
лярной р-n-переходу, равном 22°. Линза имеет фокусное расстояние 7,02 мм при
относительном отверстии 1:1,8 и рабочем отрезке 6,33 мм. По своим аберраци-
онным характеристикам этот объектив эквивалентен трехлинзовому объективу,
но имеет существенно меньшие массу и габариты. На расстоянии до 25 м 80 %
лазерного излучения было сконцентрировано в круге диаметром 50 мм [2.1.6.1].
На основе рассмотренных объективов возможно построение осветите-
ля с уменьшенными продольными габаритами за счет его построения на базе
Рис. 2.1.6.20. Объектив градиентный (а), плосковыпуклая градиентная линза (б) и распре-
деление показателя преломления n вдоль оптической оси z этой линзы (в)
а б
в
82 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
группового излучателя [2.1.6.1, 2.1.6.19] (рис. 2.1.6.21). Такой излучатель состо-
ит из отдельных стандартных модулей, каждый из которых содержит объектив
ОСФИ и ИЛПИ (ИЛПН). Оптические оси отдельных модулей взаимно парал-
лельны, так что излучение суммируется в едином угле подсвета, равном углу под-
света отдельного модуля.
При этом излучающая поверхность решетки ИЛПИ (ИЛПН) устанавливается
на расстоянии от фокальной плоскости объектива. На этом расстоянии сум-
мируются элементарные диаграммы направленности решетки, образуя распре-
деление, проецируемое на местность объективом. Величина соответствует пере-
сечению диаграмм направленности элементарных областей решетки на уровне
половинной интенсивности (рис. 2.1.6.21а) и определяется по формуле;
= a (2 tg 0,5 0,5)1. (2.1.6.10)
Соответственно (см. рис. 2.1.6.48а):
a = a + 2 tg U. (2.1.6.11)
2 = 2 arctg a/2 fОБ. (2.1.6.12)
От величины 2 U зависит светосила объектива и дистанция формирования
излучения группового модуля (lO), с которой начинает соблюдаться закон обрат-
ных квадратов (рис. 2.1.6.21б):
Рис. 2.1.6.21. Схема суммирования диаграмм направленности элементарных лазерных дио-
дов в решетке ИЛПИ (ИЛПН) (а) и элементарных лазерных модулей (б) лазерного освети-
теля, построенного по схеме группового излучателя
а
б
2.1. Объективы 83
lО = lO = G/2 tg = S fОББ(S + fОБ)1 + G(2 tg )1,
S = fОБ + a(2 tg 0,5 )1. (2.1.6.13)
Излучение всех модулей, входящих в состав группового излучателя, сумми-
руется в едином угле подсвета 2 , равном углу подсвета элементарного модуля.
На дистанции l2 = 2 l1 = G(tg )1 образуется гомогенное пятно подсвета. Ха-
рактер распределения излучения элементарных ИЛПИ (ИДПН) практически
не сказывается на гомогенности единого пятна подсвета за счет наложения пятен
подсвета от отдельных модулей. Групповой излучатель обладает рядом преиму-
ществ, так как позволяет использовать несколько маломощных и более дешевых
ИЛПИ (ИЛПН) вместо одного мощного и более дорогого. Групповой излучатель
позволяет сократить продольные габариты и массу осветителя по сравнению с ва-
риантом единого излучателя, так как фокусные расстояния объективов модулей
могут быть значительно меньше фокусного расстояния объектива единого излу-
чателя для обеспечения одной и той же энергетической силы света. Повышается
ремонтопригодность осветителя за счет замены отдельных отработавших модулей,
Рис. 2.1.6.22. Общий вид прожекторов ОУ-3Г (а), Л-2Г (б), ОУ-5 (в) и Л-4 (г): 1 — корпус,
2 — блок ИК-фильтра. 3 — отражатель, 4 — источник света, 5 — патрон, 6 — задняя крыш-
ка. 7 — анодный узел лампы, 8 — токоведущая шина [2.1.6.27]
а б в г
Рис. 2.1.6.23. Зависимости спектрального распределения чувствительности Sλ (1,2) много-
щелочного (1) и кислородно-цезиевого (2) фотокатодов, сила излучения дуговой ксено-
новой лампы типа ДксЭл-450 (3) и влияние температуры нагрева на степень пропускания
(τλ) излучения фильтром ИКС-970, температура равна 20(I), 50 (II), 100 (III), 150 (IV), 200
(V), 250 (VI), 300 °C (VII) [2.1.6.27]
84 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
а также удобство его компоновки в аппаратуре за счет взаимного пространствен-
ного разделения отдельных модулей (при условии сохранения взаимной парал-
лельности их оптических осей). Недостатком группового модуля по сравнению
с вариантом использования только одного мощного ИЛПИ (ИЛПН) является
усложнение конструкции осветителя и трудность его юстировки при большом ко-
личестве модулей. Поэтому применение группового модуля оправдано в случае,
если указанные недостатки компенсируются перечисленными достоинствами
осветителя, в первую очередь снижением его массы и габаритов.
Все рассмотренные оптические системы могут в равной мере применяться
и в качестве ОСФИ светодиодных излучателей [2.1.6.1].
В технике ночного видения применяются и ламповые источники света: ксе-
ноновые и галогенные лампы. Их применяют как для возимых, так и для пор-
тативных ПНВ. В работе [2.1.6.27] рассмотрены прожекторы для возимых ПНВ
(рис. 2.1.6.23). Они выполнены на основе параболического отражателя и инфра-
Рис. 2.1.6.24. Различные схемы построения оптических систем ИК-прожекторов [2.4.29]
2.1. Объективы 85
красного фильтра (рис. 2.1.6.22). В зависимости от температуры излучателя опти-
ческие характеристики ИК-прожектора претерпевают изменения [2.1.6.29]. Воз-
можно сочетание параболического отражателя и линз Френеля различного типа
[2.1.6.28]. Типичные схемы построения оптических систем прожекторов пред-
ставлены на рис. 2.1.6.22, 2.1.6.24 [2.1.6.26].
Вопросы проектирования всех указанных выше оптических систем изложены
в [2.1.6.1‒2.1.6.7, 2.1.6.9‒2.1.6.11, 2.1.6.18, 2.1.6.19, 2.1.6.25, 2.1.6.26].
Для резкого сокращения массы и габаритов объективов НТВС и малогаба-
ритных ПНВ за последние годы предложена технология создания так называе-
мых «многократно сложенных» кольцевых построителей изображения» [2.1.6.29].
В таком асферическом объективе излучение входит через внешнюю кольцевую
оптическую поверхность и фокусирутся серией концентрических зональных от-
ражателей в плоскости изображения. При этом продольные габариты объектива,
например, с фокусным расстоянием 35 мм и относительным отверстием 1:1,4
не превышают 5 мм при весьма высокой разрешающей способности. Однако тех-
нология изготовления подобных объективов достаточно сложна и требует серьез-
ной проработки.
Список литературы
2.1.6.1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Основы улучшения видимости в сложных
условиях. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 286 с.
2.1.6.2. Панов В.А, Кругер М. Я., Кулагин В. В. и др. Справочник конструктора
оптико-механических приборов / Под общ. ред. В. А. Панова. — Л.: Ма-
шиностроение, 1980. — 742 с.
2.1.6.3. Турыгин И. А. Прикладная оптика. Часть I, 1965 г. — 243 с., часть II,
1966. — 431 с. — М.: Машиностроение.
2.1.6.4. Бегунов Б. Н., Заказнов Н. Л., Кирюшин С. И. и др. Теория оптических
систем. — Л.: Машиностроение, 1969. — 670 с.
2.1.6.5. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. — Л.: Машиностроение, 1969. —
670 с.
2.1.6.6. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. — Л.: Машиностроение, 1975. —
540 с.
2.1.6.7. Русинов М. М., Грамматин А.П, Иванов П. Д. и др. Вычислительная оп-
тика: Справочник. Под общ. Ред. М. М. Русинова. — Л.: Машинострое-
ние, 1984. — 423 с.
2.1.6.8. Волков В. Г. Приборы подводного видения. Специальная техника, 2003. —
№ 3. — С. 2‒15, № 4. — С. 2‒10.
2.1.6.9. Архутик С. Т., Волков В. Г., Козлов К. В., Саликов В. Л., Украинский С. А.
Инфракрасные лазерные прожекторы // Специальная техника, 2005. —
№ 2. — С. 6‒11.
2.1.6.10. Архутик С. Т., Волков В. Г., Зайцева Е. И., Козлов К. В., Саликов В. Л.,
Украинский С. А. Модернизация приборов ночного видения // Специ-
альная техника, 2005. — № 3. — С. 8‒14.
86 Глава 2. Элементы приборов ночного видения
2.1.6.11. Волков В. Г. Применение линз Френеля в качестве объективов форми-
рования излучения лазерных осветителей, используемых в технике ноч-
ного видения. Вопросы оборонной техники, серия 11, 1976 г. — Вып. 1
(148) — 2 (149). — С. 33‒36.
2.1.6.12. Гринкевич А. В. Оптические системы приборов ночного видения // Оп-
тический журнал, 1999. — Т. 6. — № 12. — С. 17‒20.
2.1.6.13. Гринкевич А. В. Светосильный объектив с подвижным компонентом
для приборов ночного видения // Оптический журнал, 2003. — Т. 7. —
№ 9. — С. 43‒46.
2.1.6.14. Объективы светосильные. Проспект фирмы Kollsman Corp. — США,
1976.
2.1.6.15. Объективы светосильные. Проспект фирмы KOWA American Corp. —
США, 1992.
2.1.6.16. Богачев Д. Л. Объектив прямого изображения с трипель-призмой // Оп-
тический журнал, 1997. — Т. 64. — № 7. — С. 68‒69.
2.1.6.17. Бабинцев В. Ф., Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф. Оптические системы
приемной части активно-импульсных оптико-электронных приборов
наблюдения. Вопросы оборонной техники, серия 11, 1994. — Вып. 1‒2
(140‒141). — С. 28‒33.
2.1.6.18. Волков В. Г. Объективы формирования излучения осветителей, выпол-
ненных на базе полупроводниковых лазерных излучателей // Вопросы
оборонной техники, серия 11, 1994. — Вып. 1‒2 (140‒141). — С. 28‒33.
2.1.6.19. Волков В. Г. Оптические системы осветителей на базе групповых полу-
проводниковых лазерных излучателей // Вопросы оборонной техники,
серия 11, 1994. — Вып. 1‒2 (140‒141). — С. 34‒36.
2.1.6.20. Волков В. Г., Добровольский Ю. А., Кощавцев Н. Ф., Кускова М. А.,
Объедкова Т. Г. Низкопрофильные очки ночного видения модульной
конструкции // Прикладная физика, 2000. — № 5. — С. 38‒44.
2.1.6.21. Волков В. Г., Добровольский Ю. А., Кощавцев Н. Ф., Кускова М. А.,
Объедкова Т. Г. Новые объективы с двумя фокусными расстояниями
для приборов ночного видения // Прикладная физика, 2000. — № 5. —
С. 44‒49.
2.1.6.22. Волков В. Г. Приборы ночного видения новых поколений // Специаль-
ная техника, 2001. — № 5. — С. 2‒8.
2.1.6.23. Волков В. Г. Наголовные приборы ночного видения // Специальная тех-
ника, 2001. — № 5. — С. 2‒8.
2.1.6.24. Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф., Кускова М. В., Леонова Г. А., Соко-
лов Д. С. Миниатюрные приборы ночного видения // Оборонный
комплекс — научно-техническому прогрессу России, 2001. — № 1. —
С. 81‒86.
2.1.6.25. Архипова Л. Н. Новые схемы объективов на основе градиентных мате-
риалов и компонентов с внутренними асфериками // Оптический жур-
нал, 1994. — № 8. — С. 77‒80.
2.2. Фильтры 87
2.1.6.26. Прокофьев А. Е., Осомкин А. В., Палашов В. Н., Сизов О. В., Чистя-
ков С. О. Линза со сфероконцентрическим распределением показателя
преломления для коллимации излучения полупроводникового лазер-
ного диода // Оптический журнал, 1994. — № 8. — С. 54‒56.
2.1.6.27. Басов Ю. Г., Раквиашвили А. Г., Сысун В. В. Инфракрасные прожекторы
постоянного излучения // Оптический журнал, 2003. — Т. 70. — № 3. —
С. 59‒64.
2.1.6.28. Справочная книга по светотехнике. Под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.:
Энергоатомиздат, 1995. — 528 с.
2.1.6.29. Tremblay E. J., Stack R. A., Morrison R. L., Ford J. E. Ultrathin cameras using
annular folded optics. Applied Optics, 2007. Vol. 46. № 4. P. 463‒471.
2.2. Ôèëüòðû
2.2.1. Фильтры для ПНВ
Для ПНВ большое значение имеет применение фильтров, которые способны
подавлять световые помехи. Конкретным примером является фильтр «хамелеон»,
выполненных на основе ЖК [2.2.1.1]. Такие фильтры используются для защиты
зрения сварщика от ослепления интенсивным видимым светом сварки. Под дей-
ствием напряжения ЖК ориентируются так, что они подавляют поляризованный
свет [2.2.1.2]. Такой фильтр защищает также от УФ- и ИК-излучения. Время сра-
батывания фильтра составляет менее 1 мс. Однако при температуре −5 °C время
срабатывания становится менее 0,5‒0,9 с. Такие фильтры поэтому эксплуатиру-
ют при температуре не ниже −10 °C [2.2.1.2]. Фильтр «хамелеон» маски сварщика
«Корунд» имеет размеры 11090 мм, время срабатывания 0,2‒0,5 мс при темпера-
туре эксплуатации −5…+55 °C и массе 490 г [2.2.1.3]. Фильтр Speedglass 9100Х фир-
мы 3М (Швеция) [2.2.1.4] размером 10754 мм имеет время срабатывания 0,1 мс
при температуре эксплуатации −5…+55 °C и массе 425 г.
Для защиты ПНВ от избыточного света используют нейтральные фильтры.
Они дают возможность наблюдать в ПНВ в дневное время суток при полностью
открытом входном зрачке объектива. Эти же фильтры защищают объектив ПНВ
от механических повреждений, пыли, грязи, влаги и пр.
Для работы ПНВ совместно с лазерными полупроводниковыми или светоди-
одными излучателями используются полосовые фильтры с полосой пропускания,
близкой к рабочей спектральной области этих излучателей. В частности, фирма
«Фотоник-фильтры» выпускает полосовые фильтры для видимой, УФ-, ИК-об-
ласти спектра с полушириной спектра 5‒10 нм, 6‒8 нм и с пропусканием до 80 %
[2.2.1.1]. Однако спектр пропускания полосовых фильтров смещается в сторону
коротких длин волн при увеличении угла падения излучения, хотя пропускание
фильтра (форма его спектральной характеристики) в диапазоне углов падения
излучения 0‒30° почти не меняется (рис. 2.2.1.1) [2.2.1.1]. При работе фильтра
в коническом пучке для квазимонохроматического (лазерного) излучения лучи,