УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2006 года по МПК G02B23/12 G01S17/88 

Изобретение относится к оптико-электронным устройствам и может быть использовано в качестве индикаторного устройства для обеспечения информационной безопасности служебных помещений, офисов фирм, банковских учреждений и т.п.

Известно устройство обнаружения оптоэлектронных объектов, содержащее корпус, в котором закреплены излучающий канал, включающий источник оптического излучения, выполненный в виде лазера с излучением в ближней инфракрасной области спектра, устройство наблюдения, выполненное в виде телевизионной камеры, включающей объектив и фотоприемное устройство, и блок питания с выключателем, внешний жидкокристаллический монитор, вход которого электрически связан с выходом фотоприемного устройства. Оптическая ось излучающего канала, через светоделительное устройство, установленное перед объективом телевизионной камеры, совмещена с его оптической осью. Работа устройства основана на облучении пучком излучающего капала пространства, где может находиться оптоэлектронный объект, формировании из отраженного объектом излучения объективом на фотоприемном устройстве телевизионной камеры изображения облученного пространства вокруг объекта и пятна излучения, идентифицирующего объект в облученном пространстве. На внешнем жидкокристаллическом мониторе оператор наблюдает изображение облученного пространства и ярко светящееся пятно обнаруженного оптоэлектронного объекта [1].

Недостатком устройства являются большие габариты и вес, обусловленные выполнением устройства наблюдения в виде телевизионной камеры и внешнего жидкокристаллического монитора, а также необходимость работы с устройством двумя руками, обусловленная теми же причинами.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство обнаружения оптоэлектронных объектов, содержащее корпус, в котором закреплены излучающий канал, включающий линзу и источник видимого излучения, устройство наблюдения, включающее объектив и отрицательную линзу, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения, выполненный в виде отражательной призмы, приклеенной к внутренней поверхности объектива устройства наблюдения, и блок питания с выключателем. Работа устройства основана на облучении пучком излучающего канала пространства, где может находиться оптоэлектронный объект, формировании из отраженного объектом излучения объективом и отрицательной линзой изображения облученного пространства вокруг объекта и пятна излучения, идентифицирующего объект в облученном пространстве на сетчатке глаза оператора [2].

Недостатком устройства является наличие темного пятна по центру поля зрения при наблюдении объектов через устройство наблюдения, обусловленное его выполнением в виде объектива и отрицательной линзы. Это объясняется отсутствием в системе "объектив и отрицательная линза" действительного изображения его предметной плоскости и в связи с этим аккомодацией глаза на "бесконечность", при этом отражательная призма, приклеенная к внутренней поверхности объектива, затеняет центральную часть поля зрения устройства.

В основу изобретения положена задача создания портативного устройства, обеспечивающего обнаружение миниатюрных объектов, например систем скрытого видеонаблюдения, замаскированных в деталях интерьера, помещений, одежде, личных вещах, и обеспечивающего комфортность его функционирования.

Сущность изобретения по первому варианту заключается в том, что в устройстве обнаружения оптоэлектронных объектов, содержащем корпус, в котором закреплены излучающий канал, включающий линзу и источник видимого излучения, устройство наблюдения, включающее объектив, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения, выполненный в виде отражательной призмы, приклеенной к внутренней поверхности объектива, и блок питания с выключателем, в устройство наблюдения введены последовательно установленные призма ВкР-45° и окуляр, оптически сопряженные с объективом.

В устройство введены призма БУ-45°, установленная между объективом и призмой ВкР-45°, оптический клин, двух- или трехцветный светодиод с линзой и блок определения уровня разрядки блока питания, выходы которого соединены с двух- или трехцветным светодиодом, а вход - через выключатель с блоком питания, причем на периферийном участке зеркальной грани призмы БУ-45° выполнен прозрачный участок, к которому приклеен оптический клин, а двух- или трехцветный светодиод с линзой отически сопряжен с введенным клином.

В устройство введена сетка с маркой, установленная с возможностью осевого перемещения совместно с окуляром, размеры которой оптически сопряжены с углом расходимости излучения излучающего канала.

В устройстве сетка с маркой выполнена в виде жидкокристаллического дисплея, в устройство введен блок управления жидкокристаллическим дисплеем, включающий блок определения уровня разрядки блока питания, выход блока управления соединен с жидкокристаллическим дисплеем, а вход - через выключатель с блоком питания.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в устройстве обнаружения оптоэлектронных объектов, содержащем корпус, в котором закреплены излучающий канал, включающий линзу и источник видимого излучения, устройство наблюдения, включающее объектив, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения, включающий зеркально отражающий участок, расположенный под углом 45° к оптическим осям объектива и излучающего канала, и блок питания с выключателем, в устройство наблюдения введены последовательно установленные призма ВкР-45° и окуляр, оптически сопряженные с объективом, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения установлен либо перед объективом, либо за ним и выполнен в виде склеенной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины, склеенные грани которой выполнены под углом 45°, а зеркально отражающий участок выполнен на одной из них, причем противоположный зеркально отражающему участку торец плоскопараллельной пластины выполнен полированным.

В устройстве по второму варианту на грани одной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины выполнена сферическая или асферическая полированная выемка, оптически сопряженная с излучающим каналом.

Введение в устройство по первому варианту в устройство наблюдения последовательно установленных призмы ВкР-45° и окуляра, оптически сопряженных с объективом, позволяет получить прямое действительное изображение плоскости предметов объектива в плоскости предметов окуляра и обеспечить тем самым аккомодацию глаза на плоскость предметов окуляра, т.е. обеспечить отсутствие темного пятна в центре поля зрения устройства наблюдения. Дополнительно к решению основной задачи указанные признаки позволяют расширить функциональные возможности устройства за счет обеспечения возможности введения в плоскость изображения объектива прицельной марки, например креста. Кроме того, применение призмы ВкР-45° для оборачивания изображения обеспечивает портативность устройства и комфортность работы с ним при поиске и обнаружении оптоэлектронных объектов, замаскированных, например, в люстрах и на потолке, так как наклон оптической оси окуляра к оптической оси объектива на 45° позволяет оператору не запрокидывать голову.

Введение в устройство призмы БУ-45°, установленной между объективом и призмой ВкР-45°, дополнительно к решению основной задачи обеспечивает возможность пространственного совмещения оптических осей объектива и окуляра и за счет этого ускорить процесс обнаружения объекта. Введение оптического клина, двух- или трехцветного светодиода с линзой и блока определения уровня разрядки блока питания, выходы которого соединены с двух- или трехцветным светодиодом, а вход через выключатель - с блоком питания, а также выполнение на периферийном участке зеркальной грани призмы БУ-45° прозрачного участка, к которому приклеен оптический клин, и выполнение оптического сопряжения с ним двух- или трехцветного светодиода с линзой, обеспечивает дополнительную комфортность функционирования устройства за счет наблюдения в поле зрения окуляра информации об уровне разрядки блока питания.

Введение в устройство сетки с маркой, а также выполнение размеров марки оптически сопряженными с углом расходимости излучения излучающего канала, дополнительно к решению основной задачи обеспечивает возможность сконцентрировать энергию излучения излучающего канала в поле излучения, меньшем поля зрения в предметной плоскости устройства наблюдения, а оператору точно знать границы поля излучения и за счет этого повысить вероятность обнаружения объекта при высоком уровне фоновой засветки предметной плоскости. А размещение сетки с возможностью осевого перемещения совместно с окуляром позволяет перефокусировать устройство наблюдения, не изменяя диоптрийную настройку окуляра.

Выполнение в устройстве сетки с маркой в виде жидкокристаллического дисплея, введение блока управления жидкокристаллическим дисплеем, включающего блок определения уровня разрядки блока питания, и соединение выхода блока управления с жидкокристаллическим дисплеем, а входа - через выключатель с блоком питания, обеспечивает дополнительно к решению основной задачи возможность во время работы с устройством наблюдать вместе с изображением пространства предметов марку и символы, характеризующие уровень разрядки блока питания, индицируемые жидкокристаллическим дисплеем.

Размещение в устройстве по второму варианту, в отличие от устройства по первому варианту, блока совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения либо перед объективом, либо за ним и выполнение его в виде склеенной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины, склеенные грани которой выполнены под углом 45°, выполнение зеркально отражающего участка на одной из них и выполнение противоположного зеркально отражающему участку торца плоскопараллельной пластины полированным позволяет дополнительно к решению основной задачи упростить изготовление блока совмещения оптических осей.

Выполнение на грани одной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины сферической или асферической полированной выемки, оптически сопряженной с излучающим каналом, позволяет дополнительно к решению основной задачи увеличить угловое поле излучения излучающего канала и за счет этого ускорить процесс обнаружения оптоэлектронного объекта.

Сущность изобретения поясняется схемами, приведенными на фиг.1-11. На фиг.1-4 изображены функциональные схемы примеров исполнения устройства по первому и второму вариантам. На фиг.5 - блок совмещения оптических осей устройства по второму варианту в увеличенном масштабе. На фиг.6-8 - поля излучения и зрения в предметной плоскости устройства наблюдения. На фиг.9-11 - поля зрения окуляра устройства.

Устройство обнаружения оптоэлектронных объектов содержит устройство 1 наблюдения, включающее объектив 2 и оптически сопряженные с ним окуляр 3 и призму 4 ВкР-45°. На фиг.2-4 устройство 1 наблюдения содержит сетку 5 с маркой. На фиг.2 и 4 сетка 5 выполнена в виде жидкокристаллического дисплея 6. Дисплей 6 установлен в окулярный тубус 7 с возможностью осевого перемещения совместно с окуляром 3 по стрелке "х". Окуляр 3 установлен с возможностью осевого перемещения по стрелке "у". Марка сетки 5 и дисплея 6 выполнена в виде двух параллельных штрихов 8 (фиг.9), или в виде окружности 9 (фиг.11), или в виде креста 10 (фиг.10). Дисплей 6 содержит символ 11 (фиг.9-11). Устройство обнаружения оптоэлектронных объектов содержит излучающий канал 12, включающий линзу 13, источник видимого излучения 14, например полупроводниковый лазер с устройством управления или светодиод или лампу накаливания, и отклоняющую излучение отражающую поверхность 15 или отражательную призму 16. На фиг.2 и 3 линза 13 выполнена в виде сферической или асферической поверхности 17 на грани призмы 16. Устройство содержит также блок 18 совмещения оптических осей излучающего канала 12 и объектива 2 устройства 1 наблюдения. Блок 18 в устройстве на фиг.1-2 выполнен в виде отражательной призмы 19, приклеенной к внутренней поверхности объектива 2. Приклеиваемая преломляющая грань 20 призмы 19 выполнена сферической с радиусом, равным радиусу внутренней поверхности объектива 2. На второй преломляющей грани призмы 19 выполнена оптически сопряженная с осью объектива 2 сферическая поверхность 21, радиус которой определяет угол расходимости излучения излучающего канала 12, оптическая ось которого совмещена с осью сферической поверхности 21. Зеркально отражающая грань 22 призмы 19 расположена под углом 45° к оптической оси объектива 2. Блок 18 в устройстве на фиг.3-5 установлен либо перед объективом 2 (фиг.4) либо за ним (фиг.3) и выполнен в виде склеенной из двух частей 23 и 24 с одинаковыми оптическими характеристиками прозрачной плоскопараллельной пластины, склеенные грани 25 которой выполнены под углом 45°, а зеркально отражающий участок 22 выполнен на одной из них. Противоположный зеркально отражающему участку 22 торец 26 пластины 23 выполнен полированным. На грани пластины 23 выполнена сферическая или асферическая полированная выемка 27, оптически сопряженная с излучающим каналом 12. Устройство содержит блок питания 28 с выключателем 29, блок 30 управления жидкокристаллическим дисплеем 6, вход которого через выключатель 29 соединен с блоком питания 28, а выход - с дисплеем 6. Блок 30 содержит блок определения уровня разрядки блока питания 28 и управляет символом 11. В примере исполнения на фиг.1 и 4 устройство содержит призму 31 БУ-45°, установленную между объективом 2 и призмой 4 ВкР-45°. В устройстве на фиг.1 на периферийном участке зеркальной грани 32 призмы 31 выполнен прозрачный участок 33, к которому приклеен оптический клин 34. Устройство содержит двух- или трехцветный светодиод 35 с линзой 36, оптически сопряженный с клином 34, и блок 37 определения уровня разрядки блока питания 28, выходы которого соединены со светодиодом 35, а вход - через выключатель 29 с блоком питания 28. Выключатель 29 выполнен кнопочным и содержит упругий колпачок 38. Устройство 1 наблюдения, излучающий канал 12, блок 18 совмещения оптических осей, блок питания 28 с выключателем 29 и упругим колпачком 38 закреплены в корпусе 39.

На фиг.1 стрелками показан ход лучей при обнаружении в предметной плоскости 40 устройства 1 наблюдения оптоэлектронного объекта 41.

На фиг.6-8 поз.42 обозначено поле зрения устройства 1 наблюдения в его предметной плоскости 40, поз.43-46 - варианты полей излучения канала 12.

На фиг.9-11 поз.47 обозначена граница поля зрения окуляра 3, поз.48 - изображение границы поля излучения 43 в предметной плоскости 40.

Работа устройства обнаружения оптоэлектронных объектов осуществляется следующим образом.

Вначале, наблюдая в окуляр 3 изображение предметной плоскости 40, фокусируют это изображение осевым перемещением окуляра 3 по стрелке "у" (фиг.1) или осевым перемещением окулярного тубуса 7 вместе с сеткой 5 (дисплеем 6) и окуляром 3 по стрелке "х" (фиг.2, 4) или осевым перемещением объектива 2 (фиг.3). Перед этим в устройстве на фиг.2-4 осуществляют диоптрийную настройку окуляра 3 его осевым перемещением по стрелке "у" относительно сетки 5 (дисплея 6) до резкого изображения марки 8, 9 или 10. При этом в устройстве на фиг.1 объектив 2 и призмы 31 и 4 формируют прямое действительное изображение плоскости 40 в плоскости, расположенной, например, на последней грани призмы 4, а в устройстве на фиг.2-4 объектив 2 и призма 4 формируют прямое действительное изображение плоскости 40 в плоскости марки 8, 9 или 10 сетки 5 (дисплея 6). Затем нажимают колпачок 38, выключатель 29 подключает источник 14 видимого излучения к блоку питания 28, и излучающий канал 14 формирует в предметной плоскости 40 освещенное лучами источника 14 поле излучения 43-46, по форме близкое или совпадающее с полем зрения 42 устройства 1. При этом линза 13 или сферическая (асферическая) поверхность 17 формируют в устройстве на фиг.1-2 параллельный пучок излучения, который собирается сферической поверхностью 21 призмы 19, отражается от ее зеркальной грани 22 и расходящимся пучком выходит из объектива 2. В устройстве на фиг.3-5 линза 13 или поверхность 17 формируют сходящийся пучок излучения, который собирается на зеркально отражающем участке 22, отражается от него и расходящимся пучком выходит из устройства. Причем угол расхождения пучка увеличивается в устройстве на фиг.3 за счет преломления в объективе 2, а в устройстве на фиг.4 за счет преломления поверхностью выемки 27. В случае выполнения источника 14 в виде полупроводникового лазера, сферической поверхностью 21 (фиг.1-2) или линзой 13 (поверхностью 17) и выемкой 27 (фиг.3-5) формируется поле излучения 43 или 44. Поле излучения 44 полностью заполняет поле зрения 42 устройства 1, но по интенсивности уступает полю излучения 43, поэтому при меньшей интенсивности (мощности) излучения источника 14 формируют поле излучения 43, при большей - поле излучения 44. При формировании поля излучения 43 целесообразно использование марки 8 сетки 5 (дисплея 6) для ориентирования оператора о размерах облученного пространства в наблюдаемой предметной плоскости 40. При формировании поля излучения 44 все поле зрения 42 перекрыто полем излучения 44, что позволяет быстрее облучить оптоэлектронный объект 41, в этом случае целесообразно использование марки 10. В случае выполнения источника 14 в виде светодиода или лампы накаливания, в зависимости от радиуса сферической поверхности 21 (фиг.1-2) или радиусов линзы 13 (поверхности 17) и выемки 27 (фиг.3-5) может быть сформировано поле излучения 45 или 46. При этом поле излучения 46 целесообразно при работе с ярко освещенной посторонним светом плоскостью предметов 40, в этом случае используют марку 9 на сетке 5 (дисплее 6).

Если в поле излучения 43-46 попадает оптоэлектронный объект 41 (фиг.1), то его оптическая система фокусирует на фотоприемнике объекта 41 попавший в него пучок излучения, часть которого отражается от фотоприемника в направлении попавшего в него пучка лучей источника 14 и попадает в объектив 2 устройства 1 наблюдения.

Отраженное от объекта 41 излучение, показанное на фиг.1 двойной стрелкой, объективом 2 и призмами 31 и 4 формируется в изображение ярко светящегося пятна на последней грани призмы 4 (фиг.1) или объективом 2 и призмой 4 на сетке 5 либо дисплее 6 (фиг.2-4) и наблюдается оператором через окуляр 3. В устройстве на фиг.2-4, кроме светящегося пятна, оператор видит марку 8, 9 или 10 и символ 11 (фиг.2-3), характеризующий уровень разрядки блока питания 28. Зачерненный символ 11 (фиг.9) информирует о полном заряде блока 28, наполовину зачерненный символ 11 (фиг.10) - о том, что блок 28 разряжен, но не до критического уровня, и незачерненный символ 11 (фиг.11) - о том, что блок 28 разряжен до критического уровня. В устройстве на фиг.1, кроме светящегося пятна, оператор видит в верхней части поля 47 зрения окуляра 3 пятно, например, синего, зеленого или желтого цвета, сформированное блоком 37, светодиодом 35 и линзой 36 и характеризующее уровень разрядки блока питания 28. Пятно синего цвета информирует о полном заряде блока 28, пятно зеленого цвета - о том, что блок 28 разряжен, но не до критического уровня, и пятно желтого цвета - о том, что блок 28 разряжен до критического уровня.

Источники информации

1. Волков В.Г. Приборы ночного видения для обнаружения бликующих элементов. Специальная техника, 2004, №2, с.2-9, фото 4.

2. Волков В.Г. Приборы ночного видения для обнаружения бликующих элементов. Специальная техника, 2004, №2, с.2-9, фото 6.

Устройство может быть использовано, в частности, для обеспечения информационной безопасности служебных помещений организаций, офисов фирм и банковских учреждений. Устройство содержит излучающий канал, включающий линзу и источник видимого излучения, устройство наблюдения, включающее объектив, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения, включающий зеркально отражающий участок, расположенный под углом 45° к оптическим осям объектива и излучающего канала, и блок питания с выключателем. В устройство наблюдения введены призма ВкР-45° и окуляр, выполненный с возможностью осевого перемещения. Блок совмещения оптических осей установлен либо перед объективом, либо за ним и выполнен в виде склеенной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины, склеенные грани которой выполнены под углом 45°, а зеркально отражающий участок выполнен на одной из них, причем противоположный зеркально отражающему участку торец плоскопараллельной пластины выполнен полированным. Технический результат - создание портативного устройства, обеспечивающего обнаружение миниатюрных оптоэлектронных объектов, например систем скрытого видеонаблюдения (видеозаписи), замаскированных в деталях интерьера, помещений, одежде, личных вещах. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство обнаружения оптоэлектронных объектов, содержащее корпус, в котором закреплены излучающий канал, включающий линзу и источник видимого излучения, устройство наблюдения, включающее объектив, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения, включающий зеркально отражающий участок, расположенный под углом 45° к оптическим осям объектива и излучающего канала, и блок питания с выключателем, отличающееся тем, что в устройство наблюдения введены оптически сопряженные с объективом призма ВкР-45° и окуляр, выполненный с возможностью осевого перемещения относительно объектива, блок совмещения оптических осей излучающего канала и объектива устройства наблюдения установлен либо перед объективом, либо за ним и выполнен в виде склеенной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины, склеенные грани которой выполнены под углом 45°, а зеркально отражающий участок выполнен на одной из них, причем противоположный зеркально отражающему участку торец плоскопараллельной пластины выполнен полированным.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введена сетка с маркой, причем размеры марки оптически сопряжены с углом расходимости излучения излучающего канала.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что сетка с маркой выполнена в виде жидкокристаллического дисплея, в устройство введен блок управления жидкокристаллическим дисплеем, включающий блок определения уровня разрядки блока питания, выход блока управления соединен с жидкокристаллическим дисплеем, а вход через выключатель - с блоком питания.4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что на грани одной из двух частей прозрачной плоскопараллельной пластины, установленной перед объективом, выполнена сферическая или асферическая полированная выемка, оптически сопряженная с излучающим каналом.