ТЕПЛОВИЗИОННАЯ НАСАДКА К ОПТИЧЕСКОМУ ПРИЦЕЛУ Российский патент 2003 года по МПК F41G1/36 

Изобретение относится к оптическим приборам, предназначенным для обеспечения прицельной стрельбы в ночных условиях из различного вида оружия, и может быть использовано в качестве насадки к дневному оптическому прицелу какого-либо оружия, например противотанкового ракетного комплекса.

Известна тепловизионная насадка к оптическому прицелу (см. заявку ФРГ 3514380, кл. F 41 G 1/36, публ. 30.10.86 г.), содержащая последовательно оптически сопряженные объектив инфракрасного канала, блок преобразования инфракрасного (теплового) изображения в видимое и объектив визуального канала. Тепловизионная насадка устанавливается таким образом, что объектив визуального канала сопрягается с входным объективом оптического прицела и крепится с помощью приспособлений, обеспечивающих совпадение поля изображения насадки с полем зрения оптического прицела оружия. Оптическая ось объектива инфракрасного канала должна быть параллельна оптической оси объектива визуального канала, что должно обеспечивать параллельность направления на изображение тепловой цели, сформированного тепловизионной насадкой, направлению на саму цель и правильное направление на ту же цель оси оптического прицела оружия, обозначенной прицельной маркой. Кроме того, оптическое увеличение тепловизионной насадки должно быть равно 1, что должно обеспечивать параллельность направления на цель в объективе инфракрасного канала направлению на изображение цели в объективе визуального канала в любой точке поля зрения насадки. Именно в этом случае ошибки стыковки тепловизионной насадки с оптическим прицелом не будут приводить к ошибкам прицеливания. Однако указанные выше требования на практике в полной мере выполнить не удается. Например, фокусные расстояния объективов инфракрасного и визуального каналов не равны либо вследствие технологических ошибок, либо вследствие возможного изменения их по разным законам, например, в зависимости от температуры окружающей среды. Так, если увеличение тепловизионной насадки практически составит Г=1,1, ошибка непараллельности Ψ_H=1...2 угловые минуты, а ошибка установки насадки на оптический прицел оружия Ψ_y=10...20 угловых минут, то ошибка Ψ_пр направления на тепловую цель от направления прицельной марки оружия будет равна Ψ_пр = Ψ_y(1-1/Г)+Ψ_H/Г=1,8...3,6 угловых минут или 0,54-1,08 мрад. При дальности стрельбы на 4 км ошибка прицеливания может составить 2,1-4,3 м (см. "Оптический журнал", том 68, 5, 2001, с.73-75).

Недостатком такой тепловизионной насадки является наличие существенных ошибок прицеливания, обусловленных неизбежными ошибками изготовления и стыковки тепловизионной насадки с оптическим прицелом оружия.

Указанный недостаток частично устранен в наиболее близкой по технической сущности тепловизионной насадке к оптическому прицелу (см. заявку Франции 2 575 280, кл. F 41 G 1/38, 1/32, публ.27.06.86 г.), содержащей объектив инфракрасного канала, оптически сопряженный с входом блока преобразования инфракрасного (теплового) изображения в видимое, и оптически сопряженный с его выходом объектив визуального канала, систему отражателей, установленную перед объективом инфракрасного канала, и узел излучающей марки, причем изображение марки совмещено с выходом блока преобразования. В объектив визуального канала наблюдается непосредственно вместе с изображением объектов видимое изображение марки, которое совмещается с прицельной маркой оптического прицела при стыковке с ним тепловизионной насадки, чем и обеспечивается высокая точность этой стыковки при стрельбе в дневное время. При стрельбе в ночное время тепловое излучение той же марки, введенное с помощью системы отражателей в объектив инфракрасного канала на его оптическую ось, преобразуется блоком преобразования в видимое изображение, по которому осуществляется прицеливание. Однако оптическая ось объектива визуального канала тепловизионной насадки не может быть установлена идеально, что приводит к непараллельности направления на изображение цели в объективе визуального канала направлению на цель в объективе инфракрасного канала, т.е. реальному направлению на цель и, следовательно, к ошибке прицеливания, поскольку оружие, направленное на изображение цели, будет направлено на цель с погрешностью. Так, при непараллельности в 1-2 угловых минуты или 0,3-0,6 мрад и дальности стрельбы на 4 км ошибка прицеливания может составить 1,2-2,4 м.

Таким образом, недостатком описанной тепловизионной насадки является наличие ошибок прицеливания, обусловленных непараллельностью направления на изображение цели в объективе визуального канала направлению на цель в объективе инфракрасного канала, что в значительной степени проявляется в современных противотанковых ракетных комплексах, предназначенных для работы на большие дальности.

Целью изобретения является уменьшение ошибок прицеливания путем определения точки в поле изображения насадки, обеспечивающей параллельность направления изображения цели в объективе визуального канала направлению на цель в объективе инфракрасного канала и совмещения прицельной марки оптического прицела оружия с этой точкой.

Указанная цель достигается тем, что в тепловизионную насадку к оптическому прицелу, содержащую объектив инфракрасного канала, оптически сопряженный с входом блока преобразования инфракрасного изображения в видимое, и оптически сопряженный с его выходом объектив визуального канала, систему отражателей (первую), установленную перед объективом инфракрасного канала и оптически связанную с оптической осью инфракрасного канала, и узел излучающей марки, причем изображение марки совмещено с выходом блока преобразования и с оптической осью визуального канала, на выходе объектива визуального канала дополнительно установлена система отражателей (вторая), связывающая оптическую ось визуального канала с первой системой отражателей. Дополнительно установленная система отражателей может быть совмещена с узлом излучающей марки.

На чертеже показан один из вариантов принципиальной схемы тепловизионной насадки к оптическому прицелу.

Заявляемая тепловизионная насадка к оптическому прицелу содержит объектив 1 инфракрасного канала, оптически сопряженный с входом 2 блока 3 преобразования инфракрасного изображения в видимое, и оптически сопряженный с его выходом 4 объектив 5 визуального канала, первую систему отражателей 6, установленную перед объективом 1 инфракрасного канала, и узел 8 излучающей марки 7. Вторая система отражателей 9 установлена на выходе объектива 5 визуального канала и связывает оптическую ось визуального канала О_виз и первую систему отражателей 6. Вторая система отражателей 9 может быть связана с узлом 8' излучающей марки 7', элементы которого могут входить в состав второй системы отражателей. В случае установки излучающей марки 7 в узел 8 объектив 5 визуального канала должен быть изготовлен из материала, пропускающего как инфракрасное, так и видимое излучения, например, из оптической керамики ПO4 или из зеркальных элементов. В случае установки излучающей марки 7' в узел 8' такими же свойствами должен обладать объектив 12, входящий в узел излучающей марки. Излучающая марка может быть выполнена, например, в виде диафрагмы, за которой установлена лампа накаливания, в видимом свете излучающая нитью накала, а в инфракрасном диапазоне спектра - нагретым баллоном. Первая система отражателей 6 съюстирована таким образом, что входящий в нее пучок лучей параллелен выходящему, а также оптической оси инфракрасного канала О_ик. Система отражателей может быть выполнена в виде двух плоских зеркал или двухгранной призмы, грани которой расположены под углом 90^o друг к другу, или в виде трех плоских зеркал либо трехгранной призмы. В этом случае выходящий из системы отражателей пучок лучей всегда будет параллелен входящему независимо от ошибок установки системы отражателей относительно объектива инфракрасного канала. Вторая система отражателей 9 установлена на выходе объектива визуального канала 5 и связывает оптическую ось визуального канала О_виз и первую систему отражателей. Вторая система отражателей 9 конструктивно также может быть выполнена либо двухгранной, либо трехгранной. Системы отражателей 6 и 9 съюстированы таким образом, что пучок лучей, выходящий из системы отражателей 6, параллелен пучку лучей, входящему в систему отражателей 9, т.е. выходящему из объектива 5. Таким образом связываются оптическая ось визуального канала и оптическая ось инфракрасного канала. Конструктивно системы отражателей могут перекрывать весь пучок инфракрасного и визуального каналов с применением полупрозрачных и дихроичных зеркал, но могут перекрывать только часть пучков, например на краях. Вход 2 блока 3 преобразования инфракрасного изображения в видимое может быть выполнен в виде матрицы фотоприемников, совмещенных с плоскостью изображения объектива 1 инфракрасного канала, электрических схем обработки сигнала и выхода 4, например, экрана видеомонитора, с которым совмещается плоскость изображения объектива 5. Блок 3 может представлять собой также сканирующее устройство, перемещающее изображение площадок фотоприемника (вход 2) по поверхности изображения объектива 1 инфракрасного канала, а изображение площадок светодиодов (выход 4) - по поверхности изображения объектива 5 визуального канала. Сигналы с площадок фотоприемника при этом подаются на площадки светодиодов через усилители. Изображение 10 видимого диапазона спектра марки 7, установленной в узле 8, совмещено с выходом 4 блока преобразования 3 и с оптической осью визуального канала О_виз с помощью, например, полупрозрачного зеркала 11. Изображение 10' видимого диапазона спектра марки 7', установленной в узел 8', совмещено с выходом 4 блока преобразования 3 и с оптической осью визуального канала О_виз с помощью объектива 12 узла излучающей марки, полупрозрачного зеркала второй системы отражателей 9 и объектива визуального канала 5. Изображение 13 инфракрасного диапазона спектра марки 7, установленной в узле 8, совмещено с входом 2 блока преобразования 3 и с оптической осью инфракрасного канала О_ик с помощью зеркала 11, объектива визуального канала 5, системы отражателей 9, системы отражателей 6 и объектива 1 инфракрасного канала. Изображение 13' инфракрасного диапазона спектра марки 7', установленной в узле 8', совмещено с входом 2 блока преобразования 3 и с оптической осью инфракрасного канала О_ик с помощью объектива 12 узла излучающей марки, системы отражателей 9, системы отражателей 6 и объектива 1 инфракрасного канала.

Тепловизионная насадка работает следующим образом.

Невидимое для глаза человека инфракрасное излучение, например, от точки поля объектов в виде параллельного пучка лучей попадает в объектив 1 инфракрасного канала параллельно оптической оси О_ик, которым формируется в виде инфракрасного изображения на входе 2 блока 3 преобразования инфракрасного изображения в видимое. Преобразованное в видимое излучение изображение точки поля объектов с выхода 4 блока 3 формируется объективом 5 визуального канала в параллельный пучок, параллельный оптической оси О_виз. При включении излучающей марки 7 в узле 8 излучение от нее как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах спектра, проходит через объектив 5 визуального канала, также преобразуясь в параллельный пучок, параллельный оптической оси О_виз. При включении излучающей марки 7' в узле марки 8' излучение от нее как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах спектра, преобразуется в параллельный пучок с помощью объектива 12 в узле марки. Этот пучок с помощью, как минимум, одного из элементов второй системы отражателей 9 направляется параллельно оптической оси О_виз. Пучок лучей видимого диапазона спектра преобразуется в видимое изображение марки, положение которой в поле зрения объектива визуального канала определяет направление на изображение цели. Пучок лучей инфракрасного диапазона спектра попадает на систему отражателей 9, далее на систему отражателей 6 и также, оставаясь параллельным направлению на изображение цели в объективе визуального канала, проходит в объектив 1 инфракрасного канала, который формирует инфракрасное изображение 13(13') марки 7 узла 8 (марки 7' узла 8') на входе 2 блока преобразования 3, который преобразует это изображение на выходе 4 в видимое. Таким образом, на выходе объектива визуального канала 5 наблюдается два изображения марки 7 узла 8 (марки 7' узла 8'). Одно из них - сформированное видимым пучком лучей, определяющим направление на изображение цели в объективе визуального канала, а второе - сформированное инфракрасным пучком лучей, определяющим направление 7 на цель в объективе инфракрасного канала. Второе изображение сформировано двумя объективами - объективом 12 для марки 7' в узле 8' или объективом 5 визуального канала для марки 7 в узле 8 и объективом 1 инфракрасного канала, причем с увеличением, отличным от нуля, вследствие неравенства фокусных расстояний этих объективов. Если в тепловизионной насадке нет ошибок в конструкции, то два изображения одной и той же марки совпадут и совмещение с ними прицельной марки оружия обеспечит отсутствие ошибки прицеливания. Если два изображения одной и той же марки не совпадут, то необходимо устранение ошибок в тепловизионной насадке. Это возможно, например, путем снабжения узла 8 (8') излучающей марки юстировочными подвижками, которыми можно перемещать изображение 13 (13') излучающей марки по входу 2 блока 3 до тех пор, пока его видимое изображение не совпадет с изображением 10 (10'), что возможно, поскольку в системе, в которой увеличение не равно единице, скорости линейного (углового) перемещения изображений не равны.

При закреплении тепловизионной насадки на оптическом прицеле оружия с помощью крепежных приспособлений добиваются совмещения изображения 10 (10') излучающей марки 7 узла 8 (марки 7' узла 8') с прицельной маркой прицела оружия (на чертеже не показана). При работе в ночных условиях излучающая марка может выключаться, а наведение прицельной марки оптического прицела на преобразованное в видимое инфракрасное изображение цели будет означать наведение на цель оружия, так как именно в точке поля изображения, где находится прицельная марка, направление на изображение цели совпадает с направлением на цель независимо от увеличения насадки, что практически исключает ошибку прицеливания.

Таким образом, дополнительная установка на выходе объектива визуального канала тепловизионной насадки второй системы отражателей, связывающей оптическую ось визуального канала с первой системой отражателей, позволяет уменьшить ошибку прицеливания как за счет оперативного контроля параллельности направления на изображение цели направлению на цель в процессе работы, так и за счет организации в поле изображения насадки такой точки, где эти направления параллельны, и совмещения прицельной марки оптического прицела оружия с этой точкой.

Изобретение относится к оптическим приборам, предназначенным для обеспечения прицельной стрельбы в ночных условиях. Реализация устройства позволяет уменьшить ошибки прицеливания. Сущность изобретения заключается в том, что насадка содержит объектив инфракрасного канала, оптически сопряженный с входом блока преобразования инфракрасного изображения в видимое, и оптически сопряженный с его выходом объектив визуального канала, систему отражателей, установленную перед объективом инфракрасного канала и связанную с оптической осью инфракрасного канала, а также узел излучающей марки, причем изображение марки совмещено с выходом блока преобразования и с оптической осью визуального канала. На выходе объектива визуального канала дополнительно установлена система отражателей, которая связывает оптическую ось визуального канала с упомянутой выше системой отражателей. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Тепловизионная насадка к оптическому прицелу, содержащая объектив инфракрасного канала, оптически сопряженный с входом блока преобразования инфракрасного изображения в видимое, и оптически сопряженный с его выходом объектив визуального канала, систему отражателей - первую, установленную перед объективом инфракрасного канала и связанную с оптической осью инфракрасного канала, а также узел излучающей марки, причем изображение марки совмещено с выходом блока преобразования и с оптической осью визуального канала, отличающаяся тем, что на выходе объектива визуального канала дополнительно установлена система отражателей - вторая, связывающая оптическую ось визуального канала с первой системой отражателей. 2. Тепловизионная насадка к оптическому прицелу по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно установленная система отражателей совмещена с узлом излучающей марки.