Патент на изобретение №2302023

(54) СПОСОБ ОСВЕЩЕНИЯ ПРИБОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТРАНСПАРАНТОВ СВЕТОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ИХ ЧЕРЕЗ ПИЛОТАЖНЫЕ ОЧКИ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательных аппаратов при использовании экипажем пилотажных очков ночного видения. Способ освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательного аппарата при наблюдении их через пилотажные очки ночного видения, при котором первый раз изменяют спектральный состав потоков излучения, используя спектральные ИК-фильтры, второй раз изменяют спектральный состав указанных потоков при помощи отрезающих спектральных фильтров, которые ограничивают спектральную характеристику очков в коротковолновой области спектра. При этом дважды измененные потоки оптического излучения формируют ток фотокатода электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения, не превышающий пороговый уровень визуального образования “ореолов” вокруг изображений при нормированных условиях освещенности фотокатода электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения. 16 ил., 1 табл.

Изобретение предназначено для освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательных аппаратов и может быть использовано для полетов летательных аппаратов в ночных и сложных метеорологических условиях при использовании экипажем пилотажных очков ночного видения (ОНВ) на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП).

Известен способ освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательных аппаратов при использовании экипажем пилотажных очков ночного видения, включающий формирование потока оптического излучения, изменение спектрального состава потока оптического излучения, соответствующего “красной” области спектра на цветовом локусе, перенос полученного потока оптического излучения в плоскость приборного оборудования и световой сигнализации летательного аппарата и последующий перенос потока в плоскости входных зрачков пилотажных очков ночного видения, а после усиления потока оптического излучения перенос его в плоскости входных зрачков глаз экипажа (Вертолет Ми-8. Техническое описание. Книга IV. Авиационное оборудование. – М.: Машиностроение, 1972 и Вертолет Ми-24Д. Техническое описание, Книга IV. Авиационное оборудование. – М.: Машиностроение, 1983).

Недостатком данного способа освещения приборного оборудования и световой сигнализации, спектральный состав которого соответствует “красной” области спектра на цветовом локусе (фиг.1) (Оптико-электронные приборы для научных исследований. Учеб. пособие / Л.А.Новицкий, А.С.Гоменюк, В.Е.Зубарев, А.М.Хорохоров. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с. с ил.), является резкое уменьшение дальности действия пилотажных очков ночного видения и отсутствие возможности восприятия экипажем летательных аппаратов пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации через пилотажные очки ночного видения, обусловленное мощной фоновой засветкой фотокатода ЭОП, имеющего максимальную чувствительность в “красной” и ближней ИК-области спектра (фиг.2).

Два основных фактора ограничивают применение данного технического решения.

1. Из-за высокой чувствительности фотокатодов ЭОП (в частности, у ЭОП III поколения она превышает 1500 мкА/лм) вокруг изображений точечных источников размером более 0.1 мм формируются мощные “ореолы”, размер которых по ТУ на ЭОП III поколения не должен превышать 1.25 мм (Jim Malloy. Military Night Vision – 2000 and beyond. – Тезисы доклада на IV Международной конференции “Night Vision-96”, Лондон, 3-4 сентября 1996 г.).

2. Фоновая засветка, создаваемая потоком “красного” оптического излучения от освещения приборного оборудования и световой сигнализации, находящегося в непосредственной близости от экипажа летательного аппарата, использующего пилотажные очки ночного видения.

Возникновение силовой фоновой засветки и наличие “ореолов” вокруг изображения приводит:

1. к потере контраста изображения закабинного пространства, в результате чего наблюдается резкое уменьшение дальности обнаружения и распознавания объектов;

2. к ухудшению или исчезновению изображений показаний приборного и сигнального оборудования (фиг.3 и 4), в результате чего экипаж вынужден отказаться от применения пилотажных очков ночного видения.

Известен способ освещения приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов при использовании экипажем пилотажных очков ночного видения, включающий формирование потока оптического излучения, изменение спектрального состава потока оптического излучения, соответствующего “зеленой” области спектра на цветовом локусе, и отсутствие в спектре излучения волны 640-930 нм, перенос полученного потока оптического излучения в плоскость приборного оборудования и световой сигнализации летательного аппарата и последующий перенос потока в плоскости входных зрачков пилотажных очков ночного видения, а после усиления потока оптического излучения перенос его в плоскости входных зрачков глаз экипажа (Рекомендации Р 1.1.16-93. Требования к внутрикабинному освещению зеленым светом и световой сигнализации вертолетов при использовании очков ночного видения. /На 7 страницах/).

Недостатком данного способа освещения приборного оборудования и световой сигнализации, спектральный состав которого соответствует только “зеленой” области спектра на цветовом локусе (фиг.1), а также отсутствие в спектре излучения в диапазоне длин волн 630-900 нм (данное условие лишено физического смысла, т.к. практически невозможно осуществить абсолютную спектральную фильтрацию, уменьшив до нуля уровень потока оптического излучения; при проведении спектральной фильтрации, как правило, задают уровень остаточного потока оптического излучения), является резкое уменьшение дальности действия пилотажных очков ночного видения и отсутствие возможности восприятия экипажем летательных аппаратов пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации через пилотажные очки ночного видения, обусловленное мощной фоновой засветкой фотокатода ЭОП, чувствительного от “синей” до ближней ИК-области спектра (фиг.2).

Два основных фактора ограничивают применение данного технического решения.

1. Из-за высокой чувствительности фотокатодов и достаточно большом коэффициенте преобразования ЭОП (в частности, у ЭОП III поколения чувствительность превышает 1500 мкА/лм, а коэффициент преобразования превышает 25000), вокруг изображений точечных источников размером более 0.1 мм формируются мощные “ореолы” вокруг изображений, размер которых у ЭОП III поколения не должен превышать 1.25 мм (Jim Malloy. Military Night Vision – 2000 and beyond. – Тезисы доклада на IV Международной конференции “Night Vision-96”, Лондон, 3-4 сентября 1996 г.).

2. Фоновая засветка, создаваемая потоком “зеленого” оптического излучения от освещения приборного оборудования и световой сигнализации, находящегося в непосредственной близости от экипажа летательного аппарата, использующего пилотажные очки ночного видения.

Хотя по данному техническому решению осуществляется спектральная фильтрация в “красной” и ближней ИК-области спектра, но из-за высокой чувствительности фотокатодов ЭОП от “синей” до ближней ИК-области спектра также возникает фоновая засветка, и появляются меньшие по размеру “ореолы” вокруг изображения, что приводит:

1. к потере контраста изображения закабинного пространства, в результате чего наблюдается резкое уменьшение дальности обнаружения и распознавания объектов;

2. к резкому уменьшению контраста изображений показаний приборного и сигнального оборудования или к его полной потере на высоких пространственных частотах (фиг.5 и 6), в результате чего экипаж вынужден отказаться от применения пилотажных очков ночного видения.

Известен способ освещения приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов при использовании экипажем пилотажных очков ночного видения включает формирование потока оптического излучения, изменение спектрального состава потока оптического излучения, перенос полученного потока оптического излучения в плоскость приборного оборудования и световой сигнализации летательного аппарата и последующий перенос потока в плоскости входных зрачков пилотажных очков ночного видения, а после усиления потока оптического излучения перенос его в плоскости входных зрачков глаз экипажа, а также изменяют спектральный состав потока оптического излучения в цветовую гамму, соответствующую цветовой гамме оборудования летательного аппарата и способствующую созданию минимальной засветки пилотажных очков ночного видения, а затем, после переноса потока оптического излучения в плоскость входных зрачков пилотажных очков ночного видения, повторно изменяют спектральный состав потока оптического излучения так, что дважды измененный по спектру поток оптического излучения формирует ток фотокатода пилотажных очков ночного видения, не превышающий пороговый уровень образования “ореолов”. Изобретение позволяет увеличить дальность действия пилотажных очков ночного видения и обеспечить возможность восприятия пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации экипажем через пилотажные очки ночного видения (Патент РФ №2133973).

Недостатком данного способа освещения приборного оборудования и световой сигнализации является уменьшение дальности действия пилотажных очков ночного видения и отсутствие возможности восприятия экипажем летательных аппаратов пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации ночью через пилотажные очки ночного видения, обусловленное мощной фоновой засветкой фотокатода ЭОП (фиг.2), а также днем невооруженным глазом.

Два основных фактора ограничивают применение данного технического решения.

1. Совершенствование технологии изготовления и применение новых технических решений и высококачественных основных комплектующих изделий ЭОП III поколений, которые получили название ЭОП III⁺ поколений, привело к резкому увеличению основных параметров (чувствительности, коэффициента преобразования, отношения сигнал/шум, пространственного разрешения и яркости темнового фона) ЭОП и пилотажных очков ночного видения на их основе (Electro-Optical Imaging: System Performance and Modeling. Editor L.M.Biberman. – Washington, USA, SPIE Press, 2000. – 1250 p.). Если в конце 90-х годов у стандартных ЭОП III поколений чувствительность не превышала 1500 мкА/лм, коэффициент преобразования – 25000, отношение сигнал/шум – 15 и яркость темнового фона (L_тф) – 0.6 лк (Патент РФ №2133973), то в настоящее время в ЭОП III⁺ поколений достигнуты уровни значений: чувствительность – 2800 мкА/лм, коэффициент преобразования – 200000, отношение сигнал/шум – 36, а яркость темнового фона – менее 0.1 лк. Из-за высокой чувствительности фотокатодов, достаточно большом коэффициенте преобразования и низком уровне яркости темнового фона ЭОП III⁺ поколений применение спектральных поглощающих фильтров (даже с предельно возможным спектральным поглощением в области максимальной фоточувствительности фотокатодов ЭОП III⁺ поколений) для спектральной фильтрации оптического излучения ламп накаливания, используемых для подсветки приборного оборудования и световой сигнализации, не обеспечивается условие, при котором фоновая засветка фотокатода ЭОП III⁺ поколений от адаптированного по данному техническому решению оборудованию не превышала бы пороговый уровень образования “ореолов”.

2. Значительное увеличение уровня основных параметров и характеристик ЭОП III⁺ поколений и пилотажных очков ночного видения на их основе позволило использовать их не только для оснащения вертолетов, но и самолетов, что также потребовало применение освещения приборного оборудования и световой сигнализации самолетов при наблюдении их через пилотажные очки ночного видения. Специфика применения самолетов в дневных условиях на большой высоте (10 км) приводит к значительным уровням освещенности (свыше 100000 лк) внутрикабинного светотехнического оборудования самолета солнечным излучением. Использование данного технического решения для подсветки приборного оборудования и световой сигнализации самолетов не обеспечивает считывание пилотажно-навигационной информации невооруженным глазом.

В результате, при таком техническом решении:

1. Вокруг изображений точечных источников появляются мощные “ореолы”, которые не позволяют экипажу летательных аппаратов воспринимать пилотажно-навигационную информацию ночью через пилотажные очки ночного видения;

2. Даже при незначительном превышении уровня фоновой экспозиции ЭОП III⁺ поколений происходит деградация структуры активировки ОЭС фотокатодов для получения отрицательного электронного сродства, и, как следствие, происходит резкое снижение ресурса ЭОП III и III⁺ поколений и очков на их основе (Преобразователь электронно-оптический III поколения ЭПМ-58Г, ЭПМ-58Г-01, ЭПМ-58Г-01-А. Технические условия ДТУА 433244.005 ТУ, 1999. МО РФ);

3. Фоновая облученность от приборного оборудования и световой сигнализации, освещение которых осуществляется применением данного технического решения, значительно превышает уровень собственных шумов ЭОП ПГ поколений, что приводит к резкому уменьшению контраста объектов закабинного пространства, уменьшению дальности действия очков ночного видения или полной потере контраста изображения закабинного пространства, в результате чего экипаж вынужден отказаться от применения пилотажных очков ночного видения;

4. Не обеспечивается считывание пилотажно-навигационной информации днем невооруженным глазом при высоких уровнях освещенности внутрикабинного приборного оборудования, обусловленных солнечным освещением на больших высотах полета самолетов.

Решение поставленных задач, обусловливающее достижение технического результата, осуществлено за счет наиболее эффективного процесса преобразования электрической энергии в поток оптического излучения, основанного на излучательной рекомбинации инжектированных носителей заряда в активную область полупроводника, и направлено на решение технической задачи обеспечения 100% дальности действия пилотажных очков ночного видения на основе ЭОП III и III⁺ поколений при одновременном обеспечении возможности восприятия пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации экипажем через пилотажные очки ночного видения, а также сохранения ресурса пилотажных очков ночного видения на основе ЭОП III и III⁺ поколений и обеспечения считывания пилотажно-навигационной информации днем невооруженным глазом при высоких уровнях освещенности внутрикабинного приборного оборудования.

Техническим результатом, получаемым в результате использования изобретения, является сохранение ресурса современных пилотажных очков ночного видения на основе ЭОП III и III⁺ поколений, повышение надежности пилотирования и обеспечение условий безопасности полета летательного аппарата, заключающееся в том, что при сохранении психофизиологических требований к индикации, т.е. возможности восприятия при использовании экипажем очков ночного видения необходимой цветовой гаммы («зеленый», «красный», «желтый») информационных табло, панелей и индикаторов приборного оборудования, расположенных в кабине, одновременно ограничить спектральную характеристику очков в коротковолновой области таким образом, чтобы поток оптического излучения, откорректированный спектральными фильтрами, не превышал пороговый уровень образования “ореолов”, а также обеспечение пилотирования летательных аппаратов в дневных условиях при высоких уровнях освещенности внутрикабинного светотехнического приборного оборудования.

Технический результат достигается за счет того, что в способе освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательного аппарата при наблюдении их через пилотажные очки ночного видения осуществляют формирование потока оптического излучения, изменение спектрального состава потока оптического излучения, перенос полученного потока оптического излучения в плоскость приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательного аппарата и последующий перенос потока в плоскость входных зрачков пилотажных очков ночного видения, изменение спектрального состава потока оптического излучения, усиление потока оптического излучения с помощью электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения и перенос усиленного потока оптического излучения в плоскость входных зрачков глаз экипажа, при этом для формирования потоков оптического излучения в цветовой гамме, соответствующей цветовой гамме световой сигнализации и освещения приборного оборудования летательного аппарата: «зеленый», «желтый» и «красный», используют излучательную рекомбинацию в полупроводниках с шириной запрещенной зоны, соответствующей оптическому излучению, цвета которых соответствуют областям допустимых цветов для освещения светотехнического оборудования летательных аппаратов, дополнительно изменяют спектральный состав потоков оптического излучения, отфильтровывая в каждом его спектре длинноволновую часть, начиная с 650 нм, и одновременно изменяют спектральный состав потоков оптического излучения в пилотажных очках ночного видения, отфильтровывая коротковолновую часть спектра, начиная с 625 нм, так, что дважды измененные потоки оптического излучения формируют ток фотокатода электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения, не превышающий пороговый уровень визуального образования «ореолов» вокруг изображений при нормированных условиях освещенности фотокатода электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения, а также не превышающий уровень собственных шумов электронно-оптических преобразователей при отсутствии освещенности фотокатода.

Изобретение позволяет обеспечить 100% дальность действия пилотажных очков ночного видения и обеспечить возможность восприятия пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации экипажем через пилотажные очки ночного видения в ночное время и обеспечить возможность восприятия пилотажно-навигационной информации и световой сигнализации экипажем невооруженным глазом в дневное время.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 приведен спектральный локус с областями допустимых цветов для подсветки внутрикабинного оборудования, адаптированного к ОНВ;

на фиг.2 приведены типовые спектральные характеристики относительной чувствительности ЭОП III поколения (Класс А и Класс В) и ЭОП II поколения;

на фиг.3 – приведена фотография стандартной приборной панели вертолета при освещении системой “красного” подсвета;

на фиг.4 – изображение данного фрагмента приборной панели вертолета, наблюдаемое через ОНВ;

на фиг.5 – фотография стандартной приборной панели вертолета при освещении системой “зеленого” подсвета;

на фиг.6 – изображение данного фрагмента приборной панели вертолета, наблюдаемое через ОНВ;

на фиг.7 – оптическая схема устройства, реализующего предложенный способ;

на фиг.8 – спектральная характеристика отрезающего фильтра (_от=665 нм) для ОНВ Класса В;

на фиг.9 – спектральные характеристики излучения ночного неба и коэффициента отражения подстилающих фонов и типовых целей;

на фиг.10 – спектральная плотность энергетической яркости светового компонента с визуальной яркостью L=3 кд/м²;

на фиг.11 – спектральная характеристика пропускания фильтра «Зеленый А»;

на фиг.12 – фотография фрагмента стандартной приборной панели вертолета при совмещении, выполненное в соответствии с данным изобретением;

на фиг.13 – изображение данного фрагмента приборной доски вертолета, наблюдаемое через ОНВ;

на фиг.14 – спектральная плотность энергетической потока оптического излучения «цветных» светодиодов («зеленого», «желтого» и «красного») с визуальной силой света I=20 кд;

на фиг.15 – спектральная характеристика пропускания ИК-фильтра;

на фиг.16 – относительный спектр излучения «цветных» светодиодов (зеленого, желтого и красного) и лампы накаливания (Т=2000 К).

Предложенный способ может быть реализован в устройстве, оптическая схема которого приведена на фиг.7.

Устройство содержит сигнальное внешнее светотехническое оборудование 1, внутрикабинные сигнальные табло и пульты 2, щитки управления 3, внутрикабинное приборное оборудование 4, входящие в состав летательного аппарата, спектральные ИК-фильтры 5, транспаранты с соответствующей тестовой или знакографической записью 6, «цветные» светодиодные источники оптического излучения: “зеленый” 7, “желтый” 8 и “красный” 9, индикаторы приборного оборудования 10, освещаемые через спектральные ИК-фильтры 5 «зелеными» светодиодными источниками оптического излучения 7, пилотажные очки ночного видения 11, используемые экипажем летательного аппарата, содержащие отрезающие спектральные фильтры 12 и электронно-оптические преобразователи (ЭОП) 13, на основе которых созданы пилотажные очки ночного видения, а также источник специализированного питания светодиодных источников оптического излучения 14.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Стабилизированное по току питание светодиодных источников оптического излучения от специализированного источника 14 подается на «цветные» светодиодные источники оптического излучения 7, 8, 9.

1. Через спектральные ИК-фильтры 5 подсвечивают соответствующее сигнальное внешнее светотехническое оборудование 1;

2. Через спектральные ИК-фильтры 5 освещают, в соответствии с требованиями на светотехническое оборудование летательного аппарата, транспаранты 6 сигнальных табло, пультов 2, щитков управления 3, с соответствующей текстовой или знакографической записью;

3. Через спектральные ИК-фильтры 5 освещают индикаторы приборного оборудования 10.

Измененные по спектру потоки оптического излучения попадают в плоскости входных зрачков пилотажных очков ночного видения 11, проходя через отрезающие спектральные фильтры 12, приобретают такой спектральный состав, при котором измененный по спектру поток оптического излучения формирует ток фотокатода ЭОП 13 пилотажных очков ночного видения 11, не превышающий пороговый уровень образования “ореолов”.

Для выполнения задания экипажу летательного аппарата необходимо производить управление летательным аппаратом с визуальным контролем показаний приборов, установленных на приборных досках, пультах кабины вертолета, и осуществлять визуальное наблюдение закабинного пространства. Для управления летательным аппаратом на нем установлено сигнальное внешнее светотехническое оборудование 1 (строевые огни, бортовые аэронавигационные огни и др.), а в кабине установлено большое количество сигнальных табло и пультов 2, щитков управления 3 и другого внутрикабинного приборного оборудования 4.

Для практической реализации возможности пилотирования летательного аппарата в ночных условиях с использованием пилотажных очков ночного видения необходимо сформировать спектральный состав освещения светотехнического оборудования и световой сигнализации таким образом, чтобы удовлетворять психофизиологическим требованиям к индикации («зеленый» цвет – информационный, «желтый» цвет – внимание, «красный» цвет – опасность), т.е. сохранять цветовую гамму информационных табло, панелей и индикаторов приборного оборудования, расположенных в кабине и при этом обеспечить условия безопасности полета. Для этого в светотехнической арматуре сигнального внешнего светотехнического оборудования 1 устанавливаются «цветные» светодиодные источники оптического излучения: “зеленый” 7, “желтый” 8 и “красный” 9, а в светотехнической арматуре сигнальных табло и пультов 2 и щитков управления 3 между «цветными» светодиодными источниками оптического излучения 7, 8, 9 и транспарантами 6 с соответствующей текстовой или знакографической записью устанавливаются спектральные ИК-фильтры 5, а также для подсветки индикаторов приборного оборудования 10, между “зеленым” светодиодным источником оптического излучения 7 индикаторов приборного оборудования 10 устанавливаются спектральные ИК-фильтры 5, обеспечивающие минимальные “фоновые” засветки пилотажных очков ночного видения.

Однако такая корректировка, когда “красная” подсветка лампами накаливания со стандартными неадаптированными «красными» спектральными фильтрами (фиг.3 и 4) приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов (Вертолет Ми-8. Техническое описание. Книга IV. Авиационное оборудование. – М.: Машиностроение, 1972 и Вертолет Ми-24Д. Техническое описание. Книга IV. Авиационное оборудование. – М.: “Машиностроение”, 1983) была заменена на “зелено-желто-красную” без предъявления специальных требований к спектральным характеристикам “цветных фильтров” (фиг.5 и 6) (Рекомендации Р 1.1.16-93. Требования к внутрикабинному освещению зеленым светом и световой сигнализации вертолетов при использовании очков ночного видения. /На 7 страницах/), не приводит к желаемому результату – устранению фоновой засветки и “ореолов” вокруг изображения текстовой или знакографической информации. Это обусловлено тем, что типичная спектральная характеристика фотокатодов ЭОП простирается в коротковолновую область спектра до 450 нм (фиг.2). Даже типичная спектральная характеристика фотокатодов ЭОП III поколения простирается в коротковолновую область спектра до 450 нм (фиг.2) на уровне 10^-2…10^-4 от максимального значения. Поэтому при высокой чувствительности фотокатодов и достаточно большом коэффициенте преобразования ЭОП поток оптического излучения, откорректированный адаптированными спектральными фильтрами, достаточен для создания фоновой засветки и “ореолов” в изображениях, сформированных пилотажными очками ночного видения.

Для практической реализации возможности пилотирования летательным аппаратом в ночных условиях с использованием пилотажных очков ночного видения необходимо дополнительно ограничить спектральную характеристику очков в коротковолновой области таким образом, чтобы поток оптического излучения, откорректированный спектральными фильтрами, не превышал пороговый уровень образования “ореолов”. С этой целью, помимо задания специальных требований на спектральные характеристики адаптированных фильтров, в плоскости входных зрачков пилотажных очков ночного видения 11 дополнительно устанавливают отрезающие спектральные фильтры 12, спектральная характеристика пропускания которых приведена на фиг.8.

На целесообразность ограничения спектральной характеристики очков в коротковолновой области, в соответствии со спектральной характеристикой пропускания, приведенной на фиг.8, указывают два фактора:

– в безлунную ночь максимум спектральной яркости (М_отн) ночного неба находится в спектральной области (900-1000) нм, а в спектральной области (450-650) нм спектральная яркость ночного неба невысока (фиг.9). Более того, эта спектральная область (450-650) нм является областью инверсии контраста большинства искусственных объектов на фоне растительности (фиг.9);

– в спектральной области (650-900) нм спектральная яркость оптического излучения, обусловленная рассеянием оптического излучения растительностью (зеленая листа, трава и т.п.), существенно увеличивается (фиг.9). Более того, в этой спектральной области контраст большинства искусственных объектов (танков, БМП, автомобилей и др.) на фоне растительности значительно превышает контраст в спектральной области (450-650) нм (фиг.9).

В частности, практически без снижения дальности действия ОНВ на ЭОП III поколения можно ограничить спектральную характеристику очков в коротковолновой области спектра с длины волны 625 нм. При этом за счет устранения мощной фоновой засветки ОНВ от светотехнического оборудования и световой сигнализации путем ее двойной спектральной фильтрации удается повысить дальность действия ОНВ.

Пример осуществления заявленного способа.

Ниже приведен пример частного случая (для вертолета типа Ми) вычисления уровня образования “ореолов”, являющегося основным критерием совместимости освещения приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов с пилотажными очками ночного видения. Пример основан на данных, полученных измерением одного из компонентов осветительной системы вертолета типа Ми, чтобы использовать его с пилотажными очками ночного видения на основе ЭОП III поколения и ЭОП III⁺ поколения.

Значение уровня образования “ореолов”, полученное расчетом для данного примера, применимо только для данного конкретного компонента осветительной системы вертолета типа Ми.

Вычисление поверхностной плотности тока I_фк фототокатода.

На фиг.10 приведен график спектральной плотности энергетической яркости источника излучения с температурой Т=2000 К за «зеленым» фильтром, который имеет за этим фильтром яркость L_v=3 кд/м². На фиг.2 показан график нормированной спектральной чувствительности ЭОП III и III⁺ поколений S_отн(), а спектральные характеристики пропускания отрезающего фильтра _оф(), установленного во входном объективе очков ночного видения, и «зеленого» фильтра _зф() представлены на фиг.8 и 11, соответственно.

Рассмотрим пример расчета по формуле (1) поверхностной плотности тока I_фк фотокатода, возникающего при засветке ЭОП:

где _оф() – спектральная характеристика пропускания отрезающего фильтра,

S_фк()=S_maxS_отн() – спектральная чувствительность фотокатода ЭОП,

S_max – максимальное значение спектральной чувствительности ЭОП,

S_отн() – нормированная спектральная чувствительность ЭОП,

– энергетическая освещенность в плоскости фотокатода,

_об – коэффициент пропускания входного объектива ОНВ,

– относительное отверстие входного объектива ОНВ,

L()=L_maxR(,T) – спектральная плотность энергетической яркости источника излучения с температурой Т за зеленым фильтром, имеющего за этим фильтром яркость L_v.

– нормировочный коэффициент, приводящий спектральную плотность энергетической яркости к заданному уровню яркости L_V,

К()=(683 лм/Вт)·V(),

V() – относительная видность излучения в условиях дневного зрения по данным МКО,

R(,T)=L_отн(,Т)·_зф() – спектральная плотность энергетической яркости источника излучения с температурой Т за зеленым фильтром,

L_отн(,Т) – нормированная спектральная плотность энергетической яркости источника излучения с температурой Т,

_эф() – спектральная характеристика пропускания зеленого фильтра.

Для проведения расчета для очков ночного видения на основе стандартного ЭОП III поколения примем, что

Для выбранных параметров очков ночного видения и спектральных характеристик фильтров получаем поверхностную плотность тока фотокатода I_фк=1.783·10^-11 А/см², обусловленную фоновой засветкой фотокатода ЭОП III поколения. Сравнивая полученное значение I_фк=1.783·10^-11 А/см² с пороговым током образования «ореолов» I_ореол=10^-10 А/см² (Патент РФ №2133973) получаем, что I_фк в 5.6 раз меньше порогового тока образования «ореолов» I_ореол, следовательно, удовлетворяет данному критерию.

Для проведения расчета для очков ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения (Electro-Optical Imaging: System Performance and Modeling. Editor L.M.Biberman. – Washington, USA, SPIE Press, 2000. – 1250 p.) примем, что

Для выбранных параметров очков ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения и характеристик фильтров получаем поверхностную плотность тока фотокатода I_фк=4.46·10^-11 А/см². Сравнивая полученное значение I_фк=4.46·10^-11 А/см² с пороговым током образования «ореолов» для ЭОП III⁺ поколения I_ореол=1.67·10^-11 А/см² получаем, что I_фк в 2.7 раз больше порогового тока образования «ореолов» I_ореол, следовательно, не удовлетворяет данному критерию.

Аналогичные расчеты, проведенные для «желтого» фильтра, удовлетворяющего критерию для очков ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения, показывают, что поверхностная плотность тока фотокатода ЭОП III⁺ поколения I_фк=8.85·10^-11 А/см². Сравнивая полученное значение 8.85·10^-11 А/см² с пороговым током образования «ореолов» для ЭОП III⁺ поколения I_ореол=1.67·10^-11 А/см² получаем, что I_фк в 5.26 раз больше порогового тока образования «ореолов» I_ореол, следовательно, не удовлетворяет данному критерию.

Аналогичные расчеты, проведенные для «красного» фильтра, удовлетворяющего критерию для очков ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения, показывают, что поверхностная плотность тока фотокатода ЭОП III⁺ поколения I_фк=8.85·10^-11 А/см². Сравнивая полученное значение 8.85·10^-11 A/см² с пороговым током образования «ореолов» для ЭОП III⁺ поколения I_ореол=1.67·10^-11 А/см² получаем, что I_фк в 38.46 раз больше порогового тока образования «ореолов» I_ореол, следовательно, не удовлетворяет данному критерию.

Приведенный пример вычисления цветовых координат, а также уровня образования “ореолов”, являющегося основным критерием совместимости освещения приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов с пилотажными очками ночного видения, основывается на данных, полученных измерением одного из компонентов осветительной системы вертолета типа Ми, чтобы использовать с пилотажными очками ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения.

Значения координат цветности (U’ и V) и уровень образования “ореолов”, полученные расчетом для данного примера, применимы только для данного конкретного компонента осветительной системы вертолета типа МИ.

Вычисление поверхностной плотности тока I_фк фотокатода.

На фиг.14 приведена спектральная плотность энергетического потока оптического излучения «зеленого» светодиода, имеющего за ИК-фильтром визуальную яркость L_v=3 кд/м². Спектр пропускания ИК-фильтра приведен на фиг.15. На фиг.2 показан график нормированной спектральной чувствительности ЭОП III и III⁺ поколений S_отн(), а спектральные характеристики пропускания отрезающего фильтра _оф() представлены на фиг.8.

Рассмотрим пример расчета по формуле (1) поверхностной плотности тока I_фк фотокатода, возникающего при засветке ЭОП III⁺ поколения:

где _оф() – спектральная характеристика пропускания отрезающего фильтра,

S_фк()=S_maxS_отн() – спектральная чувствительность фотокатода ЭОП,

S_max – максимальное значение спектральной чувствительности ЭОП,

S_отн() – нормированная спектральная чувствительность ЭОП,

– энергетическая освещенность в плоскости фотокатода,

_об – коэффициент пропускания входного объектива ОНВ,

– относительное отверстие входного объектива ОНВ,

L() – спектральная плотность энергетической яркости светодиодного источника излучения за ИК-фильтром, имеющего за этим фильтром визуальную яркость L_v.

– нормировочный коэффициент, приводящий спектральную плотность энергетической силы оптического излучения к заданному уровню визуальной яркости L_v,

K()=(683 лм/Вт)·V().

V() – относительная видность излучения в условиях дневного зрения по данным МКО,

L()=L_отн()·_ик() – спектральная плотность энергетической яркости «зеленого» светодиодного источника оптического излучения за ИК-фильтром,

L_отн() – нормированная спектральная плотность энергетической яркости «зеленого» светодиодного источника оптического излучения,

_ик() – спектральная характеристика пропускания ИК-фильтра.

Для проведения расчета для очков ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения примем, что

Для выбранных параметров очков ночного видения на основе ЭОП III⁺ поколения, характеристик «зеленого» светодиода, ИК-фильтра, спектр пропускания которого приведен на фиг.15, и отрезающего фильтра, спектр пропускания которого приведен на фиг.8, получаем поверхностную плотность тока фотокатода ЭОП III⁺ поколения I_фк=2.94·10^-12 А/см². Сравнивая полученное значение I_фк=2.94·10^-12 А/см² с пороговым током образования “ореолов” для ЭОП III⁺ поколения I_ореол=1,67·10^-11 А/см² получаем, что I_фк в 5.67 раз меньше порогового тока образования «ореолов» I_ореол, следовательно, удовлетворяет данному критерию.

Проведенные аналогичные расчеты для «желтого» и «красного» светодиодов с соответствующими ИК-фильтрами показали, что I_фк в 15.17 и 4.88 раз меньше порогового тока образования «ореолов» I_ореол для «желтого» и «красного» светодиодов, соответственно. Следовательно, освещение приборного оборудования и световой сигнализации «желтыми» и «красными» светодиодами удовлетворяет данному критерию.

Вычисление цветовых координат.

На фиг.12 приведена фотография фрагмента приборной панели вертолета, освещение которой выполнено в соответствии с данным техническим предложением, а на фиг.13 – его изображение, наблюдаемое через пилотажные очки ночного видения на ЭОП III⁺ поколения.

Отсутствие помех и “ореолов” от приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов, по сравнению с освещением аналогичных фрагментов приборной панели (фиг.5 и 6), освещение которых осуществлено без учета требований данного технического предложения, показал, что при разработке светотехнического оборудования для освещения приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов целесообразно использовать основные положения предложенного технического решения.

Выполним расчет цветовых координат и’ и v’, при заданных условиях, в системе Lu’v’:

,

,

, , .

– ордината x функции сложения в системе XYZ по данным МКО 1931 г.,

– ордината y функции сложения в системе XYZ по данным МКО 1931 г.,

– ордината z функции сложения в системе XYZ по данным МКО 1931 г.

Для «зеленого» светодиода, ИК-фильтра, спектр пропускания которого приведен на фиг.15, получаем значения u’=0.096, v’=0.582. Как видно из фиг.1, точка с рассчитанными цветовыми координатами u’=0.096, v’=0.582 находится в области допустимых значений для «Зеленый». Проведенные аналогичные расчеты для «желтого» светодиод с соответствующим ИК-фильтрами показали, что цветовые координаты u’=0.297, v’=0.554 находится в области допустимых значений для «Желтый», а расчеты для «красного» светодиода с соответствующим ИК-фильтрами показали, что цветовые координаты u’=0.480, v’=0.525 находится в области допустимых значений для «Красный».

Поставленная задача в предложенном техническом решении обеспечивается применением эффективного механизма формирования потока оптического излучения за счет излучательной рекомбинации инжектированных носителей заряда в активную область полупроводника. Длина волны излучаемого оптического излучения зависит от ширины запрещенной зоны активной области полупроводника. Используя тройные и четвертные полупроводниковые соединения, можно управлять их шириной запрещенной зоны, а соответственно, и «цветом» оптического излучения. Отличительной особенностью светоизлучающих полупроводников (светодиодов) является их узкая полуширина спектральной линии излучения (фиг.14), а это приводит к относительно низкому уровню оптического излучения, по сравнению с лампами накаливания, в области спектральной чувствительности ЭОП III и III⁺ поколений.

В Таблице 1 для ламп накаливания и светодиодов приведены отношения энергии отфильтрованного потока оптического излучения в спектральном диапазоне от 650 нм до 950 нм к значениям энергии полного потока оптического излучения в рабочем спектральном диапазоне от 380 нм до 950 нм.

Из Таблицы 1 видно, что при использовании ламп накаливания в ближайшем аналоге для освещения приборного оборудования и световой сигнализации летательных аппаратов необходимо отфильтровать спектральными фильтрами более 90% энергии, а при использовании предложенного технического решения необходимо отфильтровать спектральными фильтрами порядка 1% энергии.

Формула изобретения

Способ освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательного аппарата при наблюдении их через пилотажные очки ночного видения, включающий формирование потоков оптического излучения, первое изменение спектрального состава потоков оптического излучения, перенос полученных потоков оптического излучения в плоскость приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательного аппарата и последующий перенос потоков в плоскость входных зрачков пилотажных очков ночного видения, второе изменение спектрального состава потоков оптического излучения, усиление потоков оптического излучения с помощью электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения и перенос усиленных потоков оптического излучения в плоскость входных зрачков глаз экипажа, отличающийся тем, что для формирования потоков оптического излучения в цветовой гамме, соответствующей цветовой гамме световой сигнализации и освещения приборного оборудования летательного аппарата: “зеленый”, “желтый” и “красный”, используют излучательную рекомбинацию в полупроводниках с шириной запрещенных зон, соответствующих спектральному составу потоков оптического излучения, для первого изменения спектрального состава потоков излучения используют спектральные ИК фильтры таким образом, чтобы потоки оптического излучения были отфильтрованы в области спектра от 650 до 950 нм и при этом цветовые координаты потоков оптического излучения после ИК фильтров находились в соответствующих областях допустимых значений цветов для освещения приборного оборудования и транспарантов световой сигнализации летательного аппарата, а при втором изменении спектрального состава указанные потоки проходят через отрезающие спектральные фильтры, которые ограничивают спектральную характеристику очков в коротковолновой области спектра с длины волны 625 нм так, что дважды измененные потоки оптического излучения формируют ток фотокатода электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения, не превышающий пороговый уровень визуального образования “ореолов” вокруг изображений при нормированных условиях освещенности фотокатода электронно-оптических преобразователей пилотажных очков ночного видения.

РИСУНКИ