ПРИБОР ДЛЯ ДНЕВНОГО И НОЧНОГО НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G02B23/00 G02B23/04 G02B23/12 F41G1/40 B60R1/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам для наблюдения и измерения дальности до удаленных объектов с помощью лазерных импульсов, и может быть использовано в оптических приборах для наблюдения и слежения за удаленными объектами.

Существует прибор для дневного и ночного наблюдения [1], включающий визирный канал, состоящий из дневного объектива, ночного объектива, усилителя изображения, дневной оборачивающей системы и окуляра. Однако этот прибор имеет недостаточные функциональные возможности из-за отсутствия дальномера.

Наиболее близким по технической сущности является прибор для дневного и ночного наблюдения [2], имеющий визирный канал, состоящий из оптически связанных объектива, устройства формирования прицельной марки, оптического модуля, содержащего дневной канал, выполненный в виде призменной оборачивающей системы, и ночной канал, выполненный в виде усилителя изображения, и окуляра, передающий канал дальномера, состоящий из излучателя, формирующей системы и системы выверки, и приемный канал дальномера, состоящий из объектива визирного канала, системы разделения каналов, согласующей оптической системы и фотоприемного устройства (ФПУ), и систему индикации, оптически связанную с окуляром. При этом часть компонентов объектива оптически связана с дневным каналом, а другая часть компонентов оптически связана с ночным каналом.

Недостатком этого визира является то, что использование объектива с компонентами, работающими отдельно в дневном и ночном режиме, обуславливает неточность в параллельности осей дневного и ночного каналов. Данный прибор обладает недостаточными функциональными возможностями, т.к. отсутствует дополнительное увеличение в дневном канале, отсутствует возможность подсветки объектов. Выполнение системы разделения каналов в виде спектроделителя может привести к повреждению ФПУ дальномера посторонним импульсом лазерного излучения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности и надежности работы прибора.

Сущность изобретения заключается в том, что прибор для дневного и ночного наблюдения, имеющий визирный канал, состоящий из оптически связанных объектива, устройства формирования прицельной марки, оптического модуля и окуляра, передающий канал дальномера, состоящий из первого излучателя, первой формирующей системы и первой системы выверки, приемный канал дальномера, состоящий из объектива визирного канала, системы разделения каналов, согласующей оптической системы и фотоприемного устройства, и систему индикации, оптически связанную с окуляром, в отличие от прототипа оптический модуль содержит дневной канал узкого поля зрения, дневной канал широкого поля зрения, каждый из которых выполнен в виде линзовой оборачивающей системы, и ночной канал, выполненный в виде усилителя изображения, при этом все три канала расположены в поворотной турели, имеющей три фиксированных положения в оптическом тракте визирного канала, объектив визирного канала является общим для дневных и ночного каналов, устройство формирования прицельной марки содержит три сетки, каждая из которых расположена в предметной плоскости соответствующего канала оптического модуля, система разделения каналов выполнена в виде подвижного зеркала, установленного с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала между объективом и оптическим модулем, дополнительно введен канал подсветки объектов, состоящий из оптически связанных второго излучателя, второй формирующей системы, второй системы выверки и объектива, в качестве которого используется объектив визирного канала.

Подвижное зеркало установлено с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала путем поворота, при этом ось вращения подвижного зеркала составляет с нормалью к зеркальной поверхности угол, меньший 90 град.

Окуляр дополнен видеокамерой.

Использование объектива, все компоненты которого используются и для ночного и для дневного режимов, уменьшает возможность разъюстировки и тем самым обеспечивает точность и надежность работы прибора. Наблюдательный прибор должен иметь достаточно большое поле зрения для того, чтобы обнаружить объект, а для того, чтобы его опознать, требуется большое увеличение. Однако получить одновременно и большое поле зрения и большое увеличение невозможно, так как поле зрения и увеличение находятся в обратной зависимости. Проблема решается с использованием двух полей зрения. Широкое поле зрения при малом увеличении обеспечивает быстрое обнаружение объекта, а большое увеличение с узким полем обеспечивает опознавание. Использование линзовой оборачивающей системы в отличие от призменной, позволяет менять увеличение и поле зрения всего визирного канала. С этой целью оптический модуль содержит дневной канал узкого поля зрения, дневной канал широкого поля зрения, каждый из которых выполнен в виде линзовой оборачивающей системы. Для того чтобы обеспечить быстрое переключение дневных и ночного каналов, дневной канал узкого поля зрения, дневной канал широкого поля зрения и ночной канал расположены в поворотной турели, имеющей три фиксированных положения в оптическом тракте визирного канала, в одном положении в ход лучей вводится дневной канал узкого поля зрения, в другом положении в ход лучей вводится дневной канал широкого поля зрения, в третьем положении в ход лучей вводится ночной канал. Для того, чтобы сохранить масштаб прицельной марки одинаковым при переключении дневных и ночного каналов, устройство формирования прицельной марки содержит три сетки, каждая из которых расположена в предметной плоскости соответствующего канала оптического модуля. В этом случае масштаб прицельной марки для каждой сетки можно подобрать таким образом, что при переключении дневных и ночного каналов размер изображения прицельной марки будет оставаться постоянным. При работе прибора в ночном режиме или для целеуказания используется подсветка объекта. Для этого введен канал подсветки объекта, состоящий из второго излучателя, второй формирующей системы, которая формирует световой пучок с заданной диаграммой направленности и требуемым распределением интенсивности по пучку, второй системы выверки и объектива. Использование объектива, в качестве которого используется объектив визирного канала, позволяет уменьшить влияние ошибок на рассогласование этих каналов, а также уменьшить габариты прибора. Для того чтобы исключить возможность повреждения ФПУ посторонним импульсом лазерного излучения, устройство разделения каналов выполнено в виде подвижного зеркала, вводимого в оптический тракт визирного канала на малый промежуток времени, достаточный, чтобы зафиксировать отраженный от объекта импульс излучения, посланный передающим каналом дальномера. Преимуществом использования подвижного зеркала для разделения каналов является также возможность разделения каналов в том случае, когда рабочая длина волны излучателя дальномерного канала совпадает с максимумом спектральной чувствительности визирного канала. Наличие систем выверки в передающем канале дальномера и канале подсветки обеспечивает параллельность осей этих каналов с осью визирного канала, что обеспечивает точность работы прибора.

Для уменьшения ошибок, связанных с неточностью установки подвижного зеркала, ось вращения зеркала должна составлять с нормалью к зеркальной поверхности угол меньше 90^o.

В тех случаях, когда оператор для наблюдения должен использовать телевизионный монитор, прибор должен иметь возможность работать с видеокамерой. Для этого окуляр дополняется видеокамерой.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема прибора для дневного и ночного наблюдения.

На фиг. 2 представлена схема ввода подвижного зеркала.

На фиг. 3 представлена схема усилителя изображения.

На фиг. 4 представлена схема окуляра с видеокамерой.

Прибор для дневного и ночного наблюдения включает визирный канал, состоящий из объектива 1, оптического модуля 2, содержащего дневной канал узкого поля зрения 3, выполненный в виде линзовой оборачивающей системы, дневной канал широкого поля зрения 4, выполненный в виде линзовой оборачивающей системы, ночной канал в виде усилителя изображения 5, устройства формирования прицельной марки, содержащего три сетки 6, 7, 8, каждая из которых расположена в фокальной плоскости соответствующего канала оптического модуля 2, окуляра 9, и системы индикации 10, оптически связанной с окуляром 9, передающий канал дальномера, состоящий из первого излучателя 11, первой формирующей системы 12, первой системы выверки 13, приемный канал дальномера, состоящий из объектива 1 визирного канала, системы разделения каналов, выполненной в виде подвижного зеркала 14, установленного с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала между объективом 1 и оптическим модулем 2, согласующей оптической системы 15 и фотоприемного устройства (ФПУ) 16, систему подсветки, состоящую из второго излучателя 17, второй формирующей системы 18, второй системы выверки 19.

Подвижное зеркало 14 может быть установлено с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала путем поворота (см. фиг.2), при этом ось 20 вращения зеркала 14 составляет с нормалью к зеркальной поверхности угол, меньший 90^o.

Усилитель изображения 5 может быть выполнен в виде электронно-оптического преобразователя (ЭОП) прямого изображения 21 с проекционным объективом 22, который оборачивает и переносит изображение с экрана ЭОП в предметную плоскость окуляра (см.фиг.3). В качестве усилителя изображения 5 также может быть использован ЭОП с оборачиванием изображения.

Окуляр 9 рассчитан для работы совместно с глазом оператора и имеет увеличение 10х. Он может быть дополнен телевизионной камерой, включающей объектив 23 и ПЗС-матрицу 24 (см. фиг.4). Поле зрения телевизионной камеры согласовано с полем зрения окуляра.

Объектив 1 имеет входной зрачок диаметром 105 мм и фокусное расстояние 150 мм. Дневной канал узкого поля зрения 3, выполненный в виде линзовой оборачивающей системы, обеспечивает увеличение визирного канала 14х и поле зрения 4^o. Дневной канал широкого поля зрения 4, выполненный в виде линзовой оборачивающей системы, обеспечивает увеличение визирного канала 3,4х и обеспечивает поле зрения 15^o. В ночном режиме при работе с усилителем изображения 5 визирный канал имеет поле зрения 10^o и увеличение 5х.

Сетки 6, 7, 8 выполнены в виде стеклянных пластин с нанесенной на одной из поверхностей центральной маркой. Размер прицельной марки для каждой сетки подбирается таким образом, что при переключении увеличений или переходе в ночной режим размер изображения центральной марки будет оставаться постоянным.

Система индикации 10 выполнена в виде индикатора на основе матрицы излучающих диодов и проекционного объектива, проецирующего индикатор в плоскость предметов окуляра.

В качестве первого излучателя 11 используется импульсный твердотельный лазер с рабочей длиной волны 1,06 или 1,54 мкм. В качестве первой формирующей системы 12 используется телескопическая система с увеличением 5х.

Первая и вторая системы выверки 13, 19 предназначены для определения рассогласования осей передающего канала дальномера и канала подсветки с осью визирного канала и устранения ошибок рассогласования осей каналов. В качестве систем выверки могут использоваться две пары клиньев, отклоняющих пучок в двух ортогональных направлениях в пределах ±5'.

Подвижное зеркало 14 выполнено в виде металлической подложки с многослойным отражающим покрытием с высоким коэффициентом отражения для длины волны 1,06 мкм. Подвижное зеркало 14 устанавливается таким образом, чтобы совместить оптическую ось объектива визира с оптической осью согласующей оптической системы приемного канала дальномера. В этом случае оптические оси визирного канала и приемного канала дальномера будут точно согласованы. Подвижное зеркало 14 включается на время измерения дальности, которое составляет 0,2 с, что обеспечивает высокую надежность системы в части защиты ФПУ от повреждения посторонним импульсом лазерного излучения.

Согласующая оптическая система 15 обеспечивает совместно с объективом визирного канала требуемое поле зрения и требуемую коррекцию аберраций на рабочей длине волны, а также переносит плоскость изображения на заданное расстояние, что позволяет удобно расположить ФПУ 16 в системе. В качестве фотоприемного устройства 16 используется твердотельный фотоприемник с максимумом спектральной чувствительности на рабочей длине волны излучателя дальномера. В качестве второго излучателя 17 канала подсветки выбран твердотельный лазер с длиной волны 1.06 мкм. Вторая формирующая система 18 выполнена в виде вращающегося диска с чередующимися прозрачными и непрозрачными областями, выполняющего пространственную и временную модуляцию пучка излучателя.

Оптический визир работает следующим образом.

С помощью первой и второй систем выверки 13, 19 производится проверка параллельности осей передающего канала дальномера и канала подсветки с визирным каналом. Если рассогласование осей превышает допустимую величину, то производится выверка передающего канала дальномера и канала подсветки с визирным каналом. В дневных условиях обнаружение объектов осуществляется с помощью визирного канала при включенном дневном канале широкого поля зрения 4. После того как интересующий объект найден, оператор совмещает центральную марку на сетке 7 с центром объекта и переключает турель на дневной канал узкого поля зрения 3. С помощью дневного канала узкого поля зрения 3 производится опознавание объекта. При уменьшении интенсивности освещения до того предела, когда наблюдение с помощью дневных каналов становится невозможным, путем переключения турели в оптический тракт визирного канала вводится усилитель изображения 5. При необходимости измерения дальности оператор совмещает центральную марку на сетке с центром объекта и подает команду на измерение дальности. Поворотное зеркало 14 устанавливают в рабочее положение, после чего включается первый излучатель 11 дальномера. Световой импульс от первого излучателя 11 через первую формирующую систему 12 направляется в сторону объекта, проходит дистанцию до объекта и обратно и попадает на объектив 1 визирного канала, отражается подвижным зеркалом 14, проходит через согласующий объектив 15 и фиксируется ФПУ 16. После этого подвижное зеркало 14 выводится из хода лучей. Посторонние засветки не попадают в этом случае на ФПУ 16. Величина измеренной дальности высвечивается на индикаторе системы индикации 10 и проекционным объективом системы индикации проецируется в поле зрения окуляра 9. При необходимости подсветки объекта оператор совмещает центральную марку на сетке с центром объекта и включает канал подсветки. Свет от второго излучателя 17 модулируется второй формирующей системой 18, а затем с помощью объектива 1 визирного канала коллимируется и направляется на объект.

Таким образом, заявляемый прибор обеспечивает широкие функциональные возможности, точность и надежность работы.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации 2068193, МПК G 02 B 23/12.

2. Патент WO 9711399 А1, МПК G 02 B 23/12 (прототип).

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам для наблюдения и измерения дальности до удаленных объектов с помощью лазерных импульсов, и может быть использовано в оптических приборах для наблюдения и слежения за удаленными объектами. Прибор для дневного и ночного наблюдения имеет визирный канал, состоящий из оптически связанных объектива, устройства формирования прицельной марки, оптического модуля и окуляра, излучающий канал дальномера, состоящий из первого излучателя, первой формирующей системы и первой системы выверки, приемный канал дальномера, состоящий из объектива визирного канала, системы разделения каналов в виде подвижного зеркала, установленного с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала между объективом и оптическим модулем, согласующей оптической системы и фотоприемного устройства (ФПУ), канал подсветки объектов, состоящий из оптически связанных второго излучателя, второй формирующей системы, второй системы выверки и объектива визирного канала, и систему индикации, оптически связанную с окуляром. Оптический модуль содержит дневной канал узкого поля зрения, дневной канал широкого поля зрения, каждый из которых выполнен в виде линзовой оборачивающей системы, и ночной канал, выполненный в виде усилителя изображения, при этом все три канала расположены в поворотной турели, имеющей три фиксированных положения в оптическом тракте визирного канала. Окуляр может быть дополнен видеокамерой. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение точности и надежности работы прибора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Прибор для дневного и ночного наблюдения, имеющий визирный канал, состоящий из оптически связанных объектива, устройства формирования прицельной марки, оптического модуля и окуляра, передающий канал дальномера, состоящий из первого излучателя, первой формирующей системы и первой системы выверки, приемный канал дальномера, состоящий из объектива визирного канала, системы разделения каналов, согласующей оптической системы и фотоприемного устройства, и систему индикации, оптически связанную с окуляром, отличающийся тем, что оптический модуль содержит дневной канал узкого поля зрения, дневной канал широкого поля зрения, каждый из которых выполнен в виде линзовой оборачивающей системы, и ночной канал, выполненный в виде усилителя изображения, при этом каждый из каналов установлен с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала, объектив визирного канала является общим для дневных и ночного каналов, устройство формирования прицельной марки содержит три сетки, каждая из которых расположена в предметной плоскости соответствующего канала оптического модуля, система разделения каналов выполнена в виде подвижного зеркала, установленного с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала между объективом и оптическим модулем путем поворота, при этом ось вращения подвижного зеркала составляет с нормалью к зеркальной поверхности угол, меньший 90^o, дополнительно введен канал подсветки объектов, состоящий из оптически связанных второго излучателя, второй формирующей системы, второй системы выверки и объектива, в качестве которого используется объектив визирного канала. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что окуляр дополнен видеокамерой.