Сборка и юстировка приборов ночного видения Особенности приборов ночного видения

Приборы ночного видения предназначены для наблюдения за объектами ночью на расстоянии от 30 м до бесконечности. Основными элементами прибора ночного видения являются оптико-электронный прибор, инфра­красный источник света (прожектор), высоковольтный преобразователь и аккумуляторная батарея (рис. 1).

Рис. 1 Схема прибора ночного видения

Находящаяся перед прибором местность с расположен­ными на ней различными объектами облучается невидимы­ми для человеческого глаза инфракрасными (ИК) лучами с длиной волны 0,8—1,2 мкм, излучаемыми специальным прожектором.

Для того чтобы в сторону цели 3 проходили лучи только инфракрасной области, прожектор 1 с мощным источником излучения закрывают специальным темным светофиль­тром 2, задерживающим видимые лучи.

Отраженные от цели и местности ИК-лучи попадают в объектив 4 оптико-злектронного прибора. Объектив 4 прибора создает невидимое изображение 5 объекта и мест­ности в ИК-лучах на фотокатоде электронно-оптического преобразователя (ЭОП) 6. Это невидимое изображение в ЭОП преобразуется в видимое изображение 7, т. е. опти­ческое изображение с одним спектральным составом пре­образовывается в оптическое изображение с другим спек­тральным составом (с перехо­дом через промежуточное электронное изображение). Видимое изображение 7 цели и местности, образован­ное на экране ЭОП, рассма­тривают через окуляр 8 при­бора. Высокое напряжение питания (18 кВ) ЭОП получает от низковольтного 11 и высоковольтного 9 преобразователей. Первичным источни­ком питания для получения высокого напряжения служит аккумуляторная батарея 10, от которой работает также и инфракрасный прожектор 1.

На дальность видимости приборов ночного видения влияют мощность прожектора, технические данные опти­ческой системы и ЭОП прибора, коэффициент отражения различных точек объекта и местности, а также метеоро­логические условия и время года.

Яркость изображения на экране ЭОП зависит от осве­щенности изображения, создаваемого объективом, а также от светочувствительности фотокатода к данному потоку излучения, величины приложенного ускоряющего напря­жения и светоотдачи люминесцирующего вещества (лю­минофора) экрана.

Электронно-оптический преобразователь одновременно выполняет роль оборачивающей системы. Поэтому его линейное увеличение является величиной отрицательной и обычно составляет около —0,7^х, т. е. β_Э0П = —0,7^х.

Видимое увеличение Г всей оптико-электронной си-темы прибора ночного видения

Г =

где f' _об — фокусное расстояние объектива и f'_ок — фокус­ное расстояние окуляра положительны. Но так как β_ЭОП величина отрицательная, то прибор имеет прямое изо­бражение.

Очень важной характеристикой преобразователей яв­ляется разрешающая способность, измеряемая числом линий на 1 мм длины фотокатода. В центре поля зрения ЭОП эта величина достигает 50 линий на 1 мм и несколько снижается к краям поля. Так как фотокатод размещается в фокальной плоскости объектива прибора, то угловой предел разрешения α" объектива совместно с электронно-оптическим преобразователем

а" =

где R_эоп — разрешающая способность фотокатода ЭОП; f' _об — фокусное расстояние объектива прибора.

Как следует из приведенной формулы, предел разре­шения прибора не зависит от видимого увеличения Г. Однако минимальное увеличение должно быть таким, чтобы глаз наблюдателя полностью использовал возмож­ности прибора. Поэтому видимое увеличение Г в приборах ночного видения должно удовлетворять следующему усло­вию:

Г≥

где 60" — средняя разрешающая сила глаза;

а" — предел разрешения прибора.

В приборах ночного ведения входным зрачком обычно является наружная оправа первой линзы объектива, но входной и выходной зрачки в этих приборах не являются сопряженными: выходным зрачком может служить входной зрачок глаза, а его положение за окуляром определяется видимым полем зрения 2ω' в пространстве изображений (за окуляром) и диаметрами линз окуляра.

Поле зрения 2 ω в пространстве предметов перед объек­тивом зависит от диаметра D_фк фотокатода ЭОП и фокус­ного расстояния объектива, т. е.

tg ω = 206 265

Относительное отверстие объектива выбирают таким, чтобы обеспечить достаточную яркость изображения объек­тов на экране. Обычно оптико-электронные приборы имеют светосильные объективы (от 1 : 2,5 до 1 : 2). Наличие в приборах ночного видения электронно-оптических пре­образователей, прожекторов, высоковольтных и низко­вольтных преобразователей напряжения ЭОП обуслов­ливает некоторую специфику технологического процесса сборки этих приборов. Для юстировки и контроля при­бора и его отдельных узлов необходимы специальные контрольно-юстировочные приборы, которые должны ра­ботать также в инфракрасной области спектра.

В технологическом процессе сборки предусматриваются специальная юстировочная операция при закреплении ЭОП в его оправе цоколевочной массой и операция согла­сования направления максимального излучения прожек­тора с визирной осью прибора.

Сборка высоковольтного и низковольтного преобразо­вателей, прожектора и ЭОП требует организации в сбо­рочном цехе специального электроучастка, электролабо­ратории с необходимыми измерительными приборами и некоторых других участков.

Сборка и контроль приборов

Сборка, юстировка и контроль оптических и других технических характеристик приборов ночного ви­дения основаны на тех же принципах и законах, что и сборка, юстировка и контроль приборов и отдельных узлов, рассмотренных выше.

Типовой технологический процесс сборки и юстировки приборов ночного видения может включать следующие операции:

сборку узла с каретками и механическую сборку всего прибора;

сборку и контроль объективов;

сборку и контроль окуляров;

сборку и контроль ЭОП;

сборку и контроль высоковольтного и низковольтного преобразователей;

сборку и контроль прожекторов;

общую сборку, юстировку, контроль характеристик;

климатические и механические испытания прибора и его комплектующих частей.

Юстировку и проверку прибора ночного видения и его отдельных узлов (объективов, ЭОП) осуществляют в ин­фракрасных лучах. Для этого в осветителях контрольно-юстировочных приборов устанавливают светофильтры типа ИКС-2, пропускаю­щие ИК-лучи спектраль­ной области от 0,8 до 1,2 мкм.

При определении пре­дела разрешения, оценке качества изображения и устранении параллакса в приборах ночного виде­ния применяют зеркаль­ные коллиматоры, а также коллиматоры с линзовыми объективами, в которых устранены хроматическая и сферическая аберрации, кома и астигматизм. Кроме того, в объективах широко­угольных коллиматоров должны быть сведены к минимуму кривизна поля и дисторсия.

Установку миры или сетки в фокальной плоскости объ­ектива этих коллиматоров осуществляют в лучах видимого участка спектра (λ = 0,55 мкм). Введение инфракрасного светофильтра после устранения в коллиматоре параллакса, т. е. после установки его «на бесконечность», не нарушает созданного коллиматором пучка параллельных лучей.

На рис. 2 приведена схема зеркального коллиматора, предназначенного для определения предела разрешения и устранения параллакса в приборах ночного видения.

Рис.2 Схема зеркального коллиматора.

В этом коллиматоре мира 3 установлена в фокальной плоскости сферического алюминированного зеркала 1. Визирная линия коллиматора изогнута под углом при помощи полупрозрачной плоской пластины 2, отражающая поверхность которой установлена под углом β = 90° — а/2 — относительно оптической оси сферического зер­кала 1.

От лампы 6 лучи проходят молочное стекло 5, конден­сатор 7 и светофильтр 4, пропускающий ИК-лучи с длиной волны от 0,8 до 1,2 мкм. Инфракрасные лучи, пройдя миру 3, попадают на отражающую поверхность плоской пластины 2, которая направляет лучи на сферическое зер­кало 1. Отраженные от сферического зеркала лучи выхо­дят из коллиматора через полупрозрачную пластину 2 параллельным пучком и направляются в испытуемый при­бор. Эти лучи несут бесконечно удаленное изображение миры в ИК-лучах.

Предел разрешения приборов ночного видения прове­ряют в центре поля зрения. Для установки соответствую­щего элемента миры по центру оптической оси коллима­тора применяют сменные стеклянные пластины с необ­ходимым набором элементов мир, эти пластины с мирами закрепляют в подвижной каретке, с помощью которой осу­ществляется поперечное перемещение мир (вправо и влево) и фиксация их на оси коллиматора.

При подключении осветителя коллиматора к источнику питания необходимо контролировать по амперметру ве­личину тока накала лампы. Освещенность миры должна быть такой, чтобы яркость экрана ЭОП испытуемого при­бора была достаточной для различения направлений штри­хов миры.

Предельное число штрихов миры, направление ко­торых различается наблюдателем, называют пределом раз­решения прибора.

Для некоторых приборов ночного видения необходимо определять пороговую величину предела разрешения в угловых минутах.

Пороговым пределом разрешения прибора принято счи­тать угловое расстояние между точками, которые, почти сливаясь, видны рядом расположенными на экране ЭОП.

Сетку прибора изготовляют таким образом, чтобы диа­пазон измерения предела разрешения составлял 1—10'.

Предел разрешения и качество изображения в при­борах ночного видения определяют в процессе устране­ния и контроля параллакса и диоптрийной установки оку­ляра.

Продольный параллакс между изображением объекта и маркой фотокатода ЭОП устраняют при дальности дей­ствия ночного прибора, которая соответствует требова­ниям технических условий и результатам расчетов оп­тической системы изделия данного вида. Поэтому в контрольно-юстировочных приборах миру (или сетку), уста­новленную в фокальной плоскости объектива (или сфери­ческого зеркала) коллиматора, смещают вдоль оптиче­ской оси от фокальной плоскости к объективу коллима­тора. При этом из объектива коллиматора будет выходить пучок расходящихся лучей, несущих изображе­ние миры с расчетной дальности.

В конструкции коллиматора предусматривают реечную передачу для перемещения тубуса с мирой и осветителем вдоль визирной линии коллиматора. Необходимое сме­щение х' миры в соответствии с заданной дальностью D рассчитывают по формуле:

х'=

где f´_об — фокусное расстояние объектива коллиматора;

l- расстояние от передней главной плоскости объ­ектива коллиматора до плоскости фотокатода ЭОП испытуемого прибора (задается конструк­тивно при расчете коллиматора).

Пример. Определить величину х' сдвига миры относительно заднего фокуса объектива коллиматора, необходимую для фокуси­ровки ночного наблюдательного прибора на дистанцию 30 м, если фо­кусное расстояние объектива коллиматора f´_об =500 мм, а расстояние l = 200 мм.

Подставляя заданные величины в формулу, получим,

х'=

Знак минус показывает, что мира в коллиматоре расположена перед задним фокусом объектива, т. е. смещена от фокуса в сторону объектива на 8,2 мм.

Смещение тубуса с мирой в коллиматоре отсчи­тывают по миллиметровой шкале и нониусу с точностью до ±0,1 мм.

Параллакс приборов ночного видения устраняют перемещением объектива вдоль оптической оси и уста^ новкой прокладочного кольца между опорными пло­скостями оправы объектива и корпуса проверяемого прибора. Юстировку окуляра выполняют перемещением оправы с линзами относительно плоскости экрана ЭОП и совмещением нулевого деления диоптрийной шкалы окуляра с его индексом методами, описанными в гл. IX.

Прибор считается годным, если в поле зрения диоп­трийной трубки, установленной за окуляром испытуемого прибора, резко видна расчетная мира коллиматора по всем четырем направлениям ее штрихов и одновременно резко видно изображение марки фотокатода ЭОП, при этом окуляр прибора должен быть установлен на нуль с точностью ±0,25 дптр.

При сборке бинокулярных приборов ночного видения (например, биноклей) проводят юстировку и контроль параллельности осей обеих труб прибора. Эти операции выполняют с помощью коллиматора в комплекте с би­нокулярной зрительной трубой. Испытуемый прибор размещают на столике или закрепляют на штативе перед объективом коллиматора. За окулярами прибора, на стойке, устанавливают бинокулярную трубку. При со­вмещении перекрестия сетки левой части бинокулярной трубки с перекрестием сетки коллиматора перекрестие сетки правой части бинокулярной трубки может не со­впадать с перекрестием сетки коллиматора на величину поля допуска — прямоугольника, имеющегося на сетке правого окуляра бинокулярной трубки.

Юстировка бинокулярных приборов (биноклей) на параллельность оптических осей осуществляется пере­мещением объективов в корпусной части прибора в пло­скости, перпендикулярной оптической оси прибора.

Увеличение в приборах ночного видения проверяют на широкоугольном коллиматоре (см. рис. 4), сетка которого освещается инфракрасным светом. Изображение участка шкалы широкоугольного коллиматора рассма­тривают через проверяемый прибор с помощью зритель­ной трубки. Угловую величину изображения определяют по шкале сетки трубки. Тот же участок шкалы коллима­тора рассматривают через зрительную трубку в видимом свете (без испытуемого прибора) и измеряют изображе­ние по шкале сетки трубки. Отношение первого угла ко второму равно увеличению контролируемого прибора.

Угол поля зрения проверяют на том же широкоуголь­ном коллиматоре. Для этого через окуляр испытуемого прибора определяют, какой участок шкалы широкоуголь­ного коллиматора, равный углу поля зрения, уклады­вается на диаметре поля фотокатода ЭОП.