ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НОЧНОГО/ДНЕВНОГО НАБЛЮДЕНИЯ И ПРИЦЕЛИВАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G02B23/12 F41G1/40 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для визуального наблюдения удаленных предметов, определения расстояния до них с помощью лазерного дальномера и прицеливания в ночных и дневных условиях.

Известен ночной/дневной прицел [1] , который содержит дневной канал, ночной канал и канал лазерного дальномера. Прицел содержит также зеркальную головку, являющуюся общим входным окном для всех каналов. За зеркальной головкой расположен первый расщепитель пучка, выполненный в виде дихроичного зеркала, который пропускает излучение на ночную камеру и отражает видимую часть спектра. Второй расщепитель пучка, расположенный за первым, выполненный также в виде дихроичного зеркала, пропускает пучок в дневной канал и отражает пучок с длиной волны излучения лазера на лазерный фотоприемник. При такой конструкции каждый канал имеет свой объектив, который формирует изображение на соответствующем приемном устройстве. В дневном канале изображение рассматривается оператором в окуляр, в ночном канале изображение выводится на монитор. Необходимость применения в каждом канале специального объектива приводит к увеличению габаритов и усложнению конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому решению является оптическое устройство, содержащее два канала: дневной и ночной [2]. Дневной канал содержит головное качающееся зеркало, объектив, нижнее зеркало, оборачивающую систему и монокулярную лупу. Ночной канал содержит головное качающееся зеркало, объектив, нижнее зеркало, оптические фильтры и электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Головное качающееся зеркало является общим для обоих каналов и обеспечивает углы визирования в вертикальной плоскости от -15 до+30^o и в горизонтальной плоскости ±7,5^o. Объектив также является общим для двух каналов.

При работе с ночным каналом объектив формирует на фотокатоде ЭОП невидимое уменьшенное и перевернутое изображение местности и цели. ЭОП преобразует невидимое изображение, сформированное на фотокатоде, в видимое на экране и оборачивает его. Так как изображение местности и цели на экране ЭОП имеет малые размеры, его рассматривают через лупу, которая обеспечивает необходимое увеличение изображения для нормального восприятия глазом. Выбор оптимальной контрастности изображения осуществляется с помощью фильтров, вводимых оператором перед ЭОП. Работа дневного канала отличается от работы ночного тем, что вместо фильтров и ЭОП вводится оборачивающая система с сеткой. Оборачивающая система переносит плоскость изображения объектива в фокальную плоскость окуляра ( лупы). Головное качающееся зеркало, объектив, нижнее зеркало и лупа являются общими для дневного и ночного каналов.

Недостатком прототипа является то, что расстояние до наблюдаемого объекта может определяться только при помощи отдельного прибора и информация о дальности до объекта не находится в наблюдаемом поле зрения. Головное качающееся зеркало обеспечивает углы визирования по горизонту только до ±7,5^o и для осуществления панорамного обзора вокруг вертикальной оси необходимо вращать весь прибор, что не всегда является удобным. Дневной канал имеет одну оборачивающую систему, поэтому при его работе осуществляется наблюдение с фиксированным полем зрения. Наблюдение за объектом в дневном и ночном каналах осуществляется в монокулярную лупу, что приводит к быстрой утомляемости оператора.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и обеспечение удобства при его эксплуатации.

Оптическое устройство для ночного/дневного наблюдения и прицеливания, состоящее из головного качающегося зеркала, дневного и ночного каналов, имеющих общий головной объектив, причем ночной канал содержит оптический фильтр и электронно-оптический преобразователь (ЭОП), а дневной канал содержит оптическую оборачивающую систему, при этом, в отличие от прототипа, введено дополнительное зеркало, расположенное на оптической оси головного объектива и составляющее совместно с головным качающимся зеркалом, расположенным на оси, перпендикулярной оси головного объектива, зеркальную головку, выполненную с возможностью поворота вокруг оптической оси головного объектива, в качестве которого использован объектив с вынесенным входным зрачком, размещенным на поверхности дополнительного зеркала, введен канал лазерного дальномера, включающий передающий тракт, содержащий лазерный излучатель (ЛИ), оптически связанный с зеркальной головкой, и приемный тракт, содержащий приемный объектив, призменный блок со спектроделительным покрытием, согласующий объектив и фотоприемник (ФП), при этом призменный блок со спектроделительным покрытием расположен на оси головного объектива, который выполняет роль приемного объектива, в ночной канал введено переключающее поворотное зеркало, расположенное за призменным блоком со спектроделительным покрытием, и первая ПЗС - матрица (ПЗС-1), сопряженная с ЭОП, дневной канал дополнен сменной оборачивающей системой, причем каждая оборачивающая система выполнена в виде объектива с вынесенным входным зрачком, кроме того, в дневной канал введена апертурная диафрагма, расположенная перед оборачивающей системой и являющаяся единой для обоих сменных объективов, а в плоскости изображения дневного канала расположена вторая ПЗС - матрица (ПЗС-2).

Введение зеркальной головки, состоящей из головного качающегося зеркала и дополнительного зеркала, выполненной с возможностью поворота вокруг оси головного объектива, позволяет осуществлять панорамный обзор местности без вращения самого прибора. Использование объектива с вынесенным входным зрачком, расположенным на поверхности дополнительного зеркала, в качестве головного объектива позволило минимизировать размеры зеркал и сделало возможным применение зеркальной головки в данном устройстве. Введение канала лазерного дальномера непосредственно в оптическую схему прибора обеспечило возможность измерения расстояния до объекта и наблюдение информации о дальности, находящихся в поле зрения оператора. Применение дополнительной оборачивающей системы в дневном канале дало возможность вести наблюдение в режиме двух полей зрения. Использование объективов с вынесенным входным зрачком в качестве оборачивающих систем позволило ввести единую апертурную диафрагму перед сменными оборачивающими системами и осуществлять при помощи этой апертурной диафрагмы регулирование светового потока. В плоскости изображения дневного канала расположена вторая ПЗС - матрица, в плоскости изображений ночного канала расположен ЭОП, сопряженный с первой ПЗС -матрицей, что позволяет рассматривать изображение на мониторе, выводить на него всю необходимую информацию, в частности об измеренном с помощью канала лазерного дальномера расстоянии до объекта, и создает удобства при эксплуатации.

На чертеже представлена оптическая схема устройства.

Оптическое устройство содержит ночной и дневной каналы, а также передающий и приемный тракты канала лазерного дальномера. Все каналы имеют один общий вход через зеркальную головку 1, содержащую дополнительное зеркало 2, головное качающееся зеркало 3 и защитное стекло 4. Ночной канал содержит зеркальную головку 1, головной объектив 5, призменный блок 6 со спектроделительным покрытием, поворотное переключающее зеркало 7, оптический фильтр 8 и электронно-оптический преобразователь 9, сопряженный с первой ПЗС - матрицей 10. Дневной канал содержит зеркальную головку 1, головной объектив 5, призменный блок 6, коллектив 11, зеркало 12, апертурную диафрагму 13, сменные оборачивающие системы 14 и 15, выполненные в виде объективов с вынесенным входным зрачком, светофильтр 16, в плоскости изображения дневного канала расположена вторая ПЗС - матрица 17. Канал лазерного дальномера включает в себя передающий и приемные тракты. В передающий тракт входит лазерный излучатель 18, испускающий импульсы лазерного излучения, зеркало 19, призма-ромб 20 и зеркальная головка 1. Приемный тракт канала лазерного дальномера включает зеркальную головку 1, головной объектив 5 в качестве приемного, призменный блок 6, согласующий объектив 21 и фотоприемник 22.

Зеркало 3, расположенное на оси, перпендикулярной оси головного объектива 5, поворачивается вокруг оси Х на угол -15...+90^o, а вся зеркальная головка 1 поворачивается вокруг оси Y на 360^o, что обеспечивает обзор местности по углу места от -15 до +90^o и по азимуту от 0 до 360^o. За зеркальной головкой 1 расположен головной объектив 5, являющийся общим для ночного и дневного каналов, а также для приемного тракта лазерного дальномера. Головной объектив 5 имеет вынесенный входной зрачок, расположенный на дополнительном зеркале 2. Это позволяет реализовать минимальные размеры зеркал 2 и 3, а следовательно, минимизировать размеры зеркальной головки. Каждая из оборачивающих систем 14, 15 дневного канала выполнена в виде объектива с вынесенным входным зрачком, что позволяет расположить перед ними единую апертурную диафрагму 13, с помощью которой можно регулировать световой поток. Призменный блок 6, склеенный из двух призм с нанесенным на одну из них спектроделительным покрытием и расположенный на оптической оси головного объектива 5, служит для разделения пучка лучей, прошедшего через головной объектив 5, на пучки лучей, направляемые в ночной и дневной каналы, а также на пучок лучей, направляемый на фотоприемник приемного тракта канала лазерного дальномера. Спектроделительное покрытие, нанесенное на отражающей грани призменного блока 6, пропускает пучок лучей с длинами волн в диапазоне 500.. . 900 нм и отражает пучок лучей с длиной волны, соответствующей длине волны лазерного излучателя.

За призменным блоком 6 со спектроделительным покрытием на оптической оси головного объектива 5 расположено поворотное переключающее зеркало 7, которое включается в ход лучей при работе с ночным каналом и выводится из него при работе с дневным каналом. Оптический фильтр 8, входящий в ночной канал, служит для ограничения рабочей области спектра диапазоном длин волн от 500 до 900 нм, который является оптимальным для работы ЭОП с ПЗС - матрицей. Изображение, сформированное головным объективом 5, попадает на ЭОП 9, сопряженный с первой ПЗС - матрицей 10, а затем передается на экран монитора. Когда поворотное переключающее зеркало 7 выводится из хода лучей головного объектива 5, включается дневной канал, и головной объектив 5 формирует изображение в фокальной плоскости, в которой располагается коллектив 11, служащий для согласования выходного зрачка головного объектива с диафрагмой 13. Это изображение при помощи сменных оборачивающих систем 14 или 15 переносится в плоскость второй ПЗС - матрицы 17, а затем передается на экран монитора. Смена оборачивающих систем 14, 15 позволяет дискретно изменять поле зрения прибора. Светофильтр 16 служит для ограничения рабочей области спектра диапазоном длин волн от 500 до 750 нм. Диафрагма 13, расположенная перед сменными объективами 14 и 15, служит для регулировки светового потока в дневном канале.

Пучок лучей от лазерного излучателя 18 направляется зеркалом 19 и призмой-ромбом 20 на краевую зону зеркальной головки 1 и далее на наблюдаемый объект. Зеркало 19 и призма-ромб 20 обеспечивают компоновку оптического устройства в требуемых габаритах.

Отраженный от наблюдаемого объекта лазерный луч проходит зеркальную головку 1, головной объектив 5, отражается спектроделительным покрытием призменного блока 6 и фокусируется согласующим объективом 21 в плоскости фотоприемника 22.

Предложенная оптическая схема позволяет вести круговой обзор местности в дневных и ночных условиях, измерять расстояние до объекта с помощью канала лазерного дальномера, при работе дневного канала вести наблюдение за объектом в режиме двух полей зрения, используя сменные оборачивающие системы, причем при работе как дневного, так и ночного каналов изображение рассматривается на мониторе, что обеспечивает удобство при эксплуатации.

В соответствии с предложенным решением был выполнен расчет конкретной оптической схемы прибора ночного/дневного наблюдения и прицеливания. Угловое поле зрения в дневном канале 2W₁=36^o, 2W₂ =12^o, в ночном канале 2W=6^o. Размер изображения во всех каналах составляет 9,7 мм.

Источники информации
1.Патент ЕР 0515334 А2, МКИ G 02 B 23/14, опубл.1992.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия 1 К13-2 "Прицел-прибор наведения", разработка ЦКБ "Пеленг", 1987 г. (прототип).

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для визуального наблюдения удаленных предметов, определения расстояния до них с помощью лазерного дальномера, прицеливания в ночных и дневных условиях. Оптическое устройство для ночного/дневного наблюдения и прицеливания, состоящее из головного качающегося зеркала, ночного и дневного каналов, имеющих общий головной объектив, причем ночной канал содержит оптический фильтр и электронно-оптический преобразователь, дневной канал содержит оптическую оборачивающую систему, а также зеркало, расположенное на оптической оси головного объектива и составляющее совместно с головным качающимся зеркалом, расположенным на оси, перпендикулярной оси головного объектива, зеркальную головку, выполненную с возможностью поворота вокруг оптической оси головного объектива, в качестве которого использован объектив с вынесенным входным зрачком, размещенным на поверхности дополнительного зеркала. Кроме того, в устройство введен канал лазерного дальномера, включающий передающий тракт, содержащий лазерный излучатель, оптически связанный с зеркальной головкой, и приемный тракт, содержащий приемный объектив, призменный блок со спектроделительным покрытием, согласующий объектив и фотоприемник, при этом призменный блок со спектроделительным покрытием расположен на оси головного объектива, который выполняет роль приемного объектива, в ночной канал введено переключающее поворотное зеркало, расположенное за призменным блоком со спектроделительным покрытием, дневной канал дополнен сменной оборачивающей системой, причем каждая оборачивающая система выполнена в виде объектива с вынесенным входным зрачком, кроме того, в дневной канал введена апертурная диафрагма, расположенная перед оборачивающей системой и являющаяся единой для обоих сменных объективов. Технический результат - возможность осуществления кругового обзора без вращения всего прибора и определения расстояния до наблюдаемого объекта с повышенной точностью. 1 ил.

Оптическое устройство для ночного/дневного наблюдения и прицеливания, состоящее из головного качающегося зеркала, ночного и дневного каналов, имеющих общий головной объектив, причем ночной канал содержит оптический фильтр и электронно-оптический преобразователь, дневной канал содержит оптическую оборачивающую систему, отличающееся тем, что введено дополнительное зеркало, расположенное на оптической оси головного объектива и составляющее совместно с головным качающимся зеркалом, расположенным на оси, перпендикулярной оси головного объектива, зеркальную головку, выполненную с возможностью поворота вокруг оптической оси головного объектива, в качестве которого использован объектив с вынесенным входным зрачком, размещенным на поверхности дополнительного зеркала, введен канал лазерного дальномера, включающий передающий тракт, содержащий лазерный излучатель, оптически связанный с зеркальной головкой, и приемный тракт, содержащий приемный объектив, призменный блок со спектроделительным покрытием, согласующий объектив и фотоприемник, при этом призменный блок со спектроделительным покрытием расположен на оси головного объектива, который выполняет роль приемного объектива, в ночной канал введено переключающее поворотное зеркало, расположенное за призменным блоком со спектроделительным покрытием, и первая ПЗС-матрица, сопряженная с электронно-оптическим преобразователем, дневной канал дополнен сменной оборачивающей системой, причем каждая оборачивающая система выполнена в виде объектива с вынесенным входным зрачком, кроме того, в дневной канал введена апертурная диафрагма, расположенная перед оборачивающей системой и являющаяся единой для обоих сменных объективов, а в плоскости изображения дневного канала расположена вторая ПЗС-матрица.