Очки ночного видения

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...4

1 Назначение и область применения  очков ночного видения……………….…5

2 Анализ существующих конструкций  и обоснование  выбора…………….….7

3 Габаритный расчет очков ночного  видения…………………………………..12

3.1 Расчет и выбор окуляра………………………………………………………13

3.2 Расчет и выбор объектива……………………………………………………14

3.3 Расчет  и выбор электронно-оптического  преобразователя……………….15

4 Техническое задание…………………………………………………………....16

5 Техническая характеристика разрабатываемых  очков ночного видения…...18

6 Количественная оценка надежности………………………………………......20

7 Описание устройства и принципа  работы проектируемых очков ночного  видения …………………………………………………………………………....22

Заключение………………………………………………………………………..23

Список  используемых источников………………………………………….…..24

Приложения…………………………………………………………………….....25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

                 Наиболее информативное чувство восприятия человеком внешнего мира - зрение, являясь весьма совершенным оптико-биологическим инструментом, обладает, к сожалению, ограниченной спектральной чувствительностью. Из широкого диапазона спектра оптического излучения (от 0,001 до 1000 мкм) глаз воспринимает очень узкий участок от 0,38 до

0,78 мкм, да и то, начиная с определенного уровня освещенностей: при освещенностях менее 0,01 люкс глаз не воспринимает цвета и различает только крупные близлежащие объекты. [1] На помощь глазу пришла современная фотоэлектроника, которая дает возможность создать приборы, способные обнаруживать, усиливать и визуализировать излучение, невидимое человеческим глазом. Позволяя "видеть" в принципиально невидимых ультрафиолетовом (УФ) и инфракрасном (ИК) диапазонах, а также усиливая во много раз яркость ночного изображения, эти приборы дают неоценимое преимущество их владельцам.

                  Действие этих приборов основано на явлениях внешнего и внутреннего фотоэффектов. Внешний фотоэффект (по-другому - фотоэлектронная эмиссия) состоит в испускании электронов из твердого тела (на практике - из тонких полупрозрачных специальных полупроводниковых слоев) в вакуум под действием квантов оптического диапазона спектра. На этом эффекте основана работа электронно-оптического преобразователя ЭОП) - вакуумного фотоэлектронного прибора, усиливающего в тысячи раз слабый свет видимого диапазона, а также преобразующего в видимое (с одновременным усилением) рентгеновское, УФ - и ИК - излучение. ЭОП является основным элементом приборов для наблюдения в этих диапазонах, в том числе - приборов ночного видения (ПНВ). [2]

                    Расширение диапазона зрения  для визуализации недоступной  для глаз информации является  одной из наиболее трудных  задач, так как требует серьезной  научной подготовки и значительной  технико-экономической базы.

          В данном курсовом проекте  поставлена цель создания конструкции  очков ночного видения. Они  будут разработаны на основе  одной из существующих моделей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Назначение и область применения  очков ночного видения

 

          Очки ночного видения – это оптический прибор, предназначенный для ведения наблюдения в условиях недостаточной освещенности или полной темноты .

  Очки ночного видения –  приборы для подвижного (мобильного) использования. Они крепятся на  головном уборе наблюдателя, оставляя  его руки свободными для выполнения различных работ и операций в ночное время. Для привычной и быстрой ориентации практически все типы ОНВ имеют однократное увеличение и широкое поле зрения: 40 и более градусов, однако для увеличения дальности видения часто используются объективы с четырехкратным увеличением.

 

          Принцип действия ОНВ состоит в том, что:

         а) излучение, отражаясь от объекта наблюдения, попадает на объектив очков ночного видения;

        б) пройдя через объектив ОНВ, излучение достигает электронно-оптического преобразователя;

        в) попадая на электронно-оптический преобразователь, излучение становится ярче в 800-50000 раз и достигает окуляра;

        г) наблюдатель видит полученное изображение.

 

           Очки ночного видения – весьма универсальный прибор, поэтому и условия их использования должны быть гибкими. Качественные очки ночного видения выдерживают воздействие низких, до сорока градусов ниже Цельсия, и высоких, до сорока градусов выше Цельсия, температур.

          

            Очки ночного видения могут применяться в следующих сферах деятельности человека:

 

          1) в ночном наблюдении;

2) в ночных  фото- и видеосъемках;

3) при  проведении военных операций;

4) при  патрулировании;

5) при  охране объектов;

6) в навигации  воздушных и морских судов;

7) в охоте  и наблюдении за животными;

        8) ремонтные и спасательные работы;

        9) вождение наземного и воздушного транспорта.

 

       

 

          

 

        Они позволяют видеть не только при очень слабой освещенности, но и в полной темноте. В ряде случаев очки ночного видения позволяют вести наблюдение при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Анализ существующих конструкций  и обоснование  выбора

 

         Очки ночного видения в качестве наголовного ПНВ исторически появились раньше всего.

         Классическая конструкция ОНВ (рисунок 2.1) содержит два объектива, два светофильтра, два ЭОП и два окуляра, в ряде ОНВ с целью снижения цены используются один объектив и один ЭОП .

 

            

Рис. 2.1 Структурная схема очков ночного видения

 

         Различают бинокулярные и псевдобинокулярные очки ночного видения. Бинокулярные очки состоят из двух идентичных ночных каналов под правый и левый глаз оператора (рисунок 2.2).

 

Рис. 2.2 Внешний вид бинокулярных очков ночного видения Merlin

 

      

 

 

 

 

     

         Каждый канал состоит из объектива 1, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) 2  и окуляра 3 (рисунок 2.3).

 

 

Рис. 2.3 Оптическая схема бинокулярных очков ночного видения Merlin

 

        Очки чаще всего выполнены на базе ЭОП поколений II+, II++, III. Питание очков обеспечивается от стандартного первичного источника питания: две батареи АА на напряжение 2,5 – 3 В постоянного тока, в некоторых случаях и от одной батареи АА на напряжение 1,5 В. Батареи в зависимости от их емкости допускают непрерывную работу очков от 8 до

40 часов.  Очки крепятся к лицевой маске,  которая в свою очередь монтируется  на голове с помощью ременного  оголовья с регулируемыми размерами.  Бинокулярные очки обеспечивают  стереоскопический эффект, что удобно  для вождения транспорта.

         Недостатками бинокулярных очков являются их сравнительно большая масса и стоимость. Последняя определяется главным образом ЭОП. В связи с этим широкое распространение получили псевдобинокулярные очки ночного видения . Они содержат один объектив, один ЭОП, изображение с экрана которого разводится с помощью окулярной системы на два глаза (рисунок 2.4, рисунок 2.5) Их низкая масса и наличие одного объектива позволяет легко преобразовать очки в ночной бинокль с помощью сменной телескопической линзовой насадки Галилея. Благодаря насадке увеличение прибора возрастает с 1х до 3 – 5х в зависимости от увеличения насадки. Соответственно этому в 1,5 – 2 раза увеличивается дальность действия прибора. Однако его угол поля зрения при этом уменьшается во столько раз, во сколько раз возросло увеличение.

 

 

Рис. 2.4 Внешний вид псевдобинокулярных очков ночного видения AN/GVS-21

 

 Рис. 2.5 Оптическая схема псевдобинокулярных очков ночного видения AN/GVS-21

 

          Оптическая схема псевдобинокулярных очков ночного видения включает в себя : 1 – объектив, 2 – ЭОП, 3 – окулярная система.

          

         Стремление обеспечить “сквозное видение” привело также к созданию так называемых “голографических” очков ночного видения. Их название связано не со способом создания изображения, а с той же технологией изготовления зеркал, что и для голографических оптических элементов. Фирма OIP (Бельгия) разработала бинокулярные очки HNV-3D (рис 2.6), их оптическая схема дана на рис. 2.7, где 1 – объектив, 2 – ЭОП, 3 – “голографическое” зеркало, 4 – окулярная система. Центральную часть очков занимает ночное изображение с углом поля зрения 400, а периферическую часть – дневное изображение с углом поля зрения до 1000. Эти очки являются низкопрофильными. Дихроичное покрытие зеркала 4 отражает в области спектра свечения экрана ЭОП и пропускает в остальной

 

части видимого спектра. Оператор видит одновременно и изображение сцены через  ночные каналы очков, и изображение  той же сцены, минуя ЭОП. Это позволяет  вести непрерывное наблюдение при  воздействии световых помех, когда  ночной канал становится неработоспособным.

 

 

Рис. 2.6 Внешний вид “голографических” очков ночного видения HNV-3D

 

 

 

Рис. 2.7 Оптическая схема “голографических” очков ночного видения HNV-3D

 

Достоинства бинокулярных очков:

- обеспечивают стереоскопический  эффект, что удобно для вождения  транспорта.

Недостатки:

- использование двух ЭОПов, что  существенно удорожает прибор;

- использование двух визирных  трубок, и, как следствие, большего  количества оптических деталей,  что отрицательно сказывается  на массе прибора, его сборке  и последующей юстировке и  корректировке аберрационных параметров.

Достоинства псевдобинокулярных очков  ночного видения:

- малые масса и габариты прибора  по сравнению с бинокулярными  очками, даже при использовании  призмы;

- использование одного ЭОПа.

Недостатки:

- большая потеря излучения из-за  использования призм.

         Исходя из выше изложенного в в качестве оптической схемы нового прибора выберем псевдобинокулярную.

 

            Однако будут внесены некоторые  изменения:

- использование другого объектива  с увеличением ;

- использование другого окуляра;

- использование ЭОПа III поколения;

- использование других стекол.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Габаритный расчет очков ночного  видения

      

 

       Задачей габаритного расчета является определение числа компонентов, составляющих ОС, и их основных параметров: фокусных расстояний, апертурных и полевых углов, расстояний между компонентами, световых диаметров, а также положение зрачков отдельных компонентов и всей системы. На этом этапе расчета выбирают целесообразную конструкцию ОС. На стадии габаритного расчета предполагается, что ОС и ее компоненты являются идеальными, поэтому расчет проводится по формулам идеальной ОС. Компоненты системы считаются бесконечно тонкими.

      Полученные оптические характеристики позволяют выбрать типы отдельных компонентов, составляющих систему.

       При выборе объективов, окуляров, оборачивающих систем и других компонентов следует провести оценку их коррекционных возможностей с целью получения в дальнейшем удовлетворительного качества изображения. Расчет можно считать приемлемым, если основные оптические характеристики компонентов системы не выходят за существующие в практике пределы.

       Определение конструктивных элементов системы (r, d и n) является задачей габаритного расчета. При расчете ОС нужно стремиться к использованию готовых компонентов (объективов, окуляров и др.), освоенных в производстве, так как это значительно удешевляет приборы и ускоряет их изготовление.

       Определим оптические характеристики объектива и окуляра и подберем их по каталогу.

         Канал  очков ночного видения  состоит из объектива , электронно-оптического преобразователя (ЭОП)   и окуляра  .

        Увеличение очков ночного видения  равно четырем кратам. Так как  в нашем случае используется  ЭОП с оборачиванием, то его  увеличение, соответственно, величина  отрицательная. Фокусное расстояние объектива равно 100 мм, а окуляра – 50 мм. Длина корпуса 150 мм. Прибавляя к этой величине длину наглазника получим длину корпуса 165 мм.

        Угловое поле зрения очков  равно 60 градусам. Также в приборе не предусмотрена регулировка глазного базиса, что компенсируется достаточно большим выходным зрачком (8 мм).