阅读说明：本技术 一种可叠加显示其他信息的夜视设备 (Night vision device capable of displaying other information in superposition mode ) 是由 吴金华 杨斌 洪乙又 王子薇 李贺 周继德 郑赛 徐增 樊卫华 王绪华 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：一种可叠加显示其他信息的夜视设备,其特征是在夜视设备内部使用的微光像增强器荧光屏表面贴合有一层透明超薄显示器件,通过外部电路提供驱动信号,显示图像信息。可以在夜视设备观察外部场景的同时,看到由透明超薄显示器件显示的信息。这个信息可以是来自红外摄像头的红外图像,也可以是动态标志、位置坐标、任务指令等其他信息内容。该透明超薄显示器件显示区域面形与微光像增强器荧光屏表面完全一致,且紧紧贴合,处于一个显示焦面,通过夜视设备的目镜可以清晰的观察到叠加的图像信息,而不需要其他形式的光路叠加和耦合。本发明增加了夜视设备的图像叠加显示功能,节省了采用普通的图像叠加光路带来的重量和体积。(A night vision device capable of displaying other information in a superposed manner is characterized in that a layer of transparent ultrathin display device is attached to the surface of a fluorescent screen of a low-light-level image intensifier used in the night vision device, and driving signals are provided through an external circuit to display image information. It is possible to see information displayed by the transparent ultra-thin display device while the night vision device observes an external scene. This information may be an infrared image from an infrared camera, or other information content such as dynamic markers, position coordinates, task instructions, etc. The surface shape of the display area of the transparent ultrathin display device is completely consistent with the surface of the fluorescent screen of the low-light-level image intensifier, the transparent ultrathin display device is tightly attached to the surface of the fluorescent screen of the low-light-level image intensifier and is positioned on a display focal plane, superposed image information can be clearly observed through an ocular lens of night vision equipment, and optical path superposition and coupling in other forms are not needed. The invention increases the image superposition display function of the night vision device and saves the weight and the volume brought by adopting a common image superposition light path.)

一种可叠加显示其他信息的夜视设备

技术领域

本发明涉及采用微光像增强器的夜视成像领域，特别是需要融合动态标志信息、红外图像的夜视成像，或在常规夜视成像系统上叠加其他数字信息的夜视成像设备。

背景技术

采用微光像增强器（简称为像管）的单筒、双筒夜视镜或其他型式的夜视成像设备，能够将夜晚的月光与星光照射到目标物体上产生的微弱反射光通过物镜聚焦到像管的阴极面上，在像管阴极面上形成微弱光线的目标图像；像管的阴极、微通道板将成像在阴极面光子转换成电子并放大增强，轰击像管荧光屏的表面；荧光屏表面上出现亮度增强的数千倍以上的图像，该图像通过光纤面板传送到荧光屏的外表面，人眼通过夜视成像设备的目镜可以看到清晰的亮度增强了的目标图像。目前以像管为核心器件的夜视成像设备已经用于民用夜晚狩猎、安防巡逻、辅助驾驶，军用单兵夜战、反恐、飞机夜间驾驶等领域，作为单兵个人、车辆驾驶员、直升机驾驶员、战斗机驾驶员的夜间辅助观察设备正在逐步推广应用。而目前这类夜视设备在要求高分辨率、高增益的基础上还需要更轻便、低重量、多功能，尤其需要能够同时看到夜视图像外的某些动态标志、目标红外图像信息、指令及地理位置等数字信息。而直接利用传统像管开发的夜视设备往往只能通过夜视设备的目镜看到经过像管增强放大了的夜视图像，而无法叠加红外图像信息、指令及地理位置等数字信息。某些夜视设备具备这种图像叠加功能，采取的方法是在原来的物镜+像管+目镜（如图2）的基础上，增加另外的图像显示屏+叠加耦合光路（如图3、图4、图5），缺点是采用叠加耦合光路会大大增加夜视设备的体积和重量。另外一种可以同时显示动态标志、微光夜视图像及红外图像信息、指令及地理位置等数字信息的叠加显示设备是采用低照度CMOS或EMCCD等新型微光传感器件结合红外探测器件开发的微光红外探测系统或夜视设备，优点是采用全数字视频图像处理，电子耦合，彩色化性能好，重量较轻，但这些产品存在低照度环境下响应速度慢、拖尾严重、功耗高等问题，不适合观察高速机动的目标及便携式使用，所以以目前的技术还不适合作为用于飞机或车辆夜间辅助驾驶或高速运动等场合的能够叠加其他图像信息的夜视设备。

发明内容

本发明的目的是针对现有的叠加显示设备存在的体积大，响应速度低的问题，设计一种可叠加显示其他信息的夜视设备。这种可叠加显示其他信息的夜视设备内部使用的微光像增强器荧光屏表面贴合有一层透明超薄显示器件，通过外部电路提供驱动信号，显示图像信息。可以在夜视设备观察外部场景的同时，同时看到由透明超薄显示器件显示的信息。这个信息可以是来自红外摄像头的红外图像，也可以是标志符号、位置坐标、任务指令等其他信息内容。该透明超薄显示器件显示区域面形与微光像增强器荧光屏表面完全一致，且紧紧贴合，都处于目镜的焦深范围，通过夜视设备的目镜可以清晰的观察到叠加的图像信息，而不需要其他形式的光路叠加和耦合。本发明增加了夜视设备的图像叠加功能，节省了因增加复杂的叠加光路带来的重量和体积。

本发明的技术方案是：

一种可叠加显示其他信息的夜视设备，其特征是在夜视设备内部使用的微光像增强器(像管）的表面贴合有一层透明超薄显示器件。

所述的透明超薄显示器件显示区域面形与像管荧光屏光纤面板表面完全一致，且紧紧贴合。

所述的透明超薄显示器件通过外部电路提供驱动信号，可以显示图像信息。

所述的透明超薄显示器件的显示发光层厚度加上与像管荧光屏表面一侧封装层的贴合粘接层总厚度小于目镜的焦深。

所述的透明超薄显示器件的显示发光层及其封装层透明，且发光区域开口率大于70%，显示区域非发光的线条宽度或点尺寸小于3微米。

所述的透明超薄显示器件的显示分辨率对于18mm像管大于600×600。

所述的透明超薄显示器件的最大显示亮度与微光像增强器荧光屏光纤面板的图像最大亮度偏差不大于±20%。

本发明的有益效果是：

本发明利用了透明超薄显示器件的超薄、透明、高分辨率、高对比度及一般夜视设备目镜焦深有一定深度的特点，将透明超薄显示器件与像管荧光屏贴合在一起的方式，实现夜视设备通过目镜同时清晰的观察到像管的夜视图像与超薄显示器件显示的其他图像信息的功能。在夜视设备上看到叠加红外图像或其他数字信号的图像信息，而不需要其他形式的光路叠加和耦合。本发明增加了夜视设备的图像叠加功能，节省了采用普通的图像叠加光路带来的重量和体积。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2 是采用微光像增强器（简称为像管）的普通的单筒夜视镜光路示意图。像管100，物镜组件200，目镜组件300，人眼可以通过目镜看到经过像管放大增强的微光夜视图像。

图3 是在采用像管的单筒夜视镜基础上叠加其他信息显示的光路示意图，像管100，物镜组件200，目镜组件300，目镜外侧图像叠加方式光路400，产生图像的微型显示屏500。人眼可以通过目镜看到经过像管放大增强的微光夜视图像，同时可以看到通过叠加光路叠加融合的其他图像。这目镜外侧叠加光路的方式需要重新设计夜视设备的目镜组。

图4 是在采用像管的单筒夜视镜基础上叠加其他信息显示的光路示意图，像管100，物镜组件200，目镜组件300，目镜内侧图像叠加方式光路400，产生图像的微型显示屏500。人眼可以通过目镜看到微光夜视图像的同时可以看到通过叠加光路叠加融合的其他图像。这种目镜内侧叠加光路的方式也需要重新设计夜视设备的目镜组。

图5 是在采用像管的普通单筒夜视镜基础上叠加其他信息显示的光路示意图，像管100，物镜组件200，目镜组件300，物镜外侧图像叠加方式光路400，产生图像的微型显示屏500。人眼可以通过目镜看到微光夜视图像的同时可以看到通过物镜叠加融合进来的其他图像。这种在夜视设备物镜外侧叠加光路的方式不需要改动夜视设备的任何光路，在国内外应用较多。优点是使用方便，可以随时在普通的夜视设备的物镜前卡装这种装置（一般是红外夜视系统），缺点是会降低夜视设备对外观测的能力，同时叠加的图像仅仅在像管的中心位置，不能在全视场叠加图像。

图6 是在采用像管的单筒夜视镜基础上贴合透明超薄显示器件的叠加其他信息显示的光路示意图，像管100，物镜组件200，目镜组件300，透明超薄显示器件600；像管的荧光屏外表面是凹形面（半径可以是R40），所以透明超薄显示器件600的形状也是凹凸形的，与像管的荧光屏外表面完全重合。

图7 是本专利在采用像管的夜视设备基础上贴合透明超薄显示器件的叠加其他信息显示的光路示意图，像管100，物镜组件200，目镜组件300，透明超薄显示器件600；像管的荧光屏外表面是平面，所以透明超薄显示器件的形状也是平面形的，与像管的荧光屏外表面完全重合。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、6、7所示。

一种可叠加显示其他信息的夜视设备，其实质是在夜视设备内部使用的微光像增强器（像管）的荧光屏表面700（如图1所示中粗黑线所示）贴合有一层透明超薄显示器件600（如图1、6、7），该透明超薄显示器件显示区域大小及面形与像管荧光屏光纤面板表面完全一致，且紧紧贴合，该透明超薄显示器件通过外部信号源及驱动电路提供驱动，显示图像信息。为了能够通过目镜能够清晰的看清楚像管荧光屏显示内容及叠加显示的图像信息，该透明超薄显示器件的显示发光层与像管荧光屏表面之间的厚度差在目镜的焦深范围内，即超薄显示器件的显示发光层厚度加上与像管荧光屏表面一侧封装层的、贴合粘接层总厚度小于目镜的焦深的尺寸，在30～40μm。按照目前工艺技术，粘接层厚度在10～15μm ，超薄显示器件的显示发光层厚度及封装保护层在15～25μm，满足总厚度小于目镜的焦深的要求。粘接层可以用透明热固化的光学环氧胶或其他透光性能高，粘接强度好的液态胶膜。对于平面形的透明超薄显示器件的工艺基板可以用玻璃材料，厚度在0.1～0.55mm，驱动IC可以绑定在玻璃基板上，也可以绑定在引出的FPC上。较厚的玻璃基板处于荧光屏外表面的外侧，对目镜的光路几乎没有影响。

为了不降低夜视设备图像显示质量，设计该透明超薄显示器件的显示发光层及其封装层透明，且透明的发光区域开口率大于70%，不透明区域的线条宽度或点尺寸小于3μm，小于微光像增强器荧光屏光纤面板的光纤尺寸（一般是6μm左右）。

对于18mm像管，有效显示尺寸为17.5mm，透明超薄显示器件的显示分辨率大于600×600，可以匹配叠加800×600的红外焦平面成像传感器件的视频信号，这个分辨率已经可以比较好的满足使用要求。

为了不降低夜视设备图像显示质量，通常叠加的信息图像应该是高对比度的线条、字符、标志或对比度增强的红外影像。红外摄像头的视场应该与夜视设备对应的视场一致或通过数字图像处理把叠加的红外视频图像与夜视设备形成的目标图像1：1的视场叠加、融合。红外图像摄像头或其他红外设备的光轴应与夜视设备的光轴平行，且光轴间距最小化设计。

本发明针对18mm像管可以得到的分辨率大于600×600，相当于850 PPI，透明超薄显示器件采用的技术可以是目前已经比较成熟的透明OLED，对于满足R40凹面形(图6)的可以是柔性透明OLED。本发明希望得到的分辨率是大于850 PPI，以目前的技术通过专业厂家的定制是可以得到的。由于像管是单色发光显示，所以透明超薄显示器件采用与像管发光颜色有区别的另一种对比色显示应该是可以满足用户要求。单色的透明超薄显示器件分辨率大于850 PPI制作难度就较小了。

针对发绿光的像管，透明超薄显示器件可以设计为单黄色或橙色显示。有效显示区尺寸为18.2mm，对应分辨率为620×620的像素，尺寸是29.4×29.4μm，不透明区域的线条宽度3μm，开口率可以大于70%，透过率大约在50%左右。

全彩色显示能够提供更多的信息内容，但是需满足本发明要求的高分辨率和透过率，且不透光的线条宽度小于3μm。

为了不降低夜视设备图像显示质量，透明超薄显示器件的显示亮度与微光像增强器荧光屏光纤面板的图像最大亮度偏差不大于±20%，且亮度可以调整到比较舒适的程度，通常亮度调整为最大15cd/m²，最小约2 cd/m²。

本发明的技术方案可以很好的解决夜视设备在要求高分辨率、高增益的基础上还需要动态响应性能好，轻便、低重量、多功能，尤其是叠加显示动态标志、目标红外图像信息、指令及地理位置等数字信息的问题。且结构简单、重量轻低，系统光路镜头等方案与传统的夜视设备基本一致，不需要太大的改动。本发明仅需要制作透明超薄显示器件，并紧密贴合粘接在像管的荧光屏表面，对应像管的荧光屏***的封装结构需要做相应的调整。

对于荧光屏外表面是平面的像管而言，平面的透明超薄显示器件相对容易设计、制作，这种像管也可以用硬玻璃为基板的透明显示器件，与一般的透明显示器件不同的是显示器件相对发光介质层有一侧很薄，即需要满足本发明的该器件“显示发光层厚度加上与像管荧光屏表面一侧封装层的、贴合粘接层总厚度小于目镜的焦深”的要求。

对于像管的荧光屏外表面是R40凹形圆球面的情况，制作对应形状的透明超薄显示器件比较困难，以目前技术需要在制作好的平面的透明超薄显示器件基础上用特定的凹凸模具热压成R40凹形圆球面的透明超薄显示器件还是可行的。

用于本发明的透明超薄显示器件较可能采用的技术是目前已经比较成熟的透明OLED。对于满足R40凹面形的必须是柔性透明OLED。目前最大尺寸的柔性透明OLED显示屏尺寸能做到77寸（LG公司，2017年6月报道），三星手机用OLED屏可以做到6.1寸分辨率可以做到3040×1440，相当于500PPI。本发明希望得到的分辨率是18mm像管对应600×600，相当于850 PPI，以目前的技术应该是可行的。由于像管是单色发光显示，所以透明超薄显示器件采用与像管发光颜色有区别的另一种对比色（如黄色或红色）显示可以满足用户要求。单色的透明超薄显示器件分辨率大于850 PPI制作难度就较小了。全彩色显示能够提供更多的信息内容，但是满足本发明要求的高分辨率和透过率，且不透光的线条宽度小于3μm。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。