КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРИЦЕЛ С ЛАЗЕРНЫМ ДАЛЬНОМЕРОМ Российский патент 2007 года по МПК G02B23/00 F41G3/06 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, более конкретно - к устройствам для прицеливания со встроенным лазерным дальномером, преимущественно для объектов бронетанковой техники.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является комбинированный прицел с лазерным дальномером [1], содержащий визирно-приемный канал, включающий объектив, оптически связанный посредством первого спектроделителя с устройством наблюдения изображения объектов и прицельной марки и с фотоприемным устройством, передающий канал, содержащий оптически связанные лазерный излучатель, телескопическую систему, включающую окуляр и объектив телескопической системы, и оптический компенсатор. Устройство наблюдения изображения объектов и прицельной марки может быть выполнено в виде ПЗС-матрицы, снабженной устройством формирования видеосигнала и подключенной к электронному формирователю прицельной марки, выход которого подключен к монитору. Такой прицел обычно является составной частью прицельного комплекса, в частности, для объектов бронетанковой техники.

Основными недостатками известного комбинированного прицела с лазерным дальномером являются отсутствие системы фокусировки изображения на ПЗС-матрицу, что на практике снижает качество и контраст наблюдаемого на экране монитора изображения целей вследствие изменения дистанций до целей и температурной расстраиваемости оптико-механического тракта, а следовательно, уменьшает дальность обнаружения и распознавания объектов и снижает точность прицеливания, а следовательно, снижает точность измерения дальности до целей и точность стрельбы различными видами снарядов, а также большое время поиска целей, связанное с отсутствием дополнительного увеличенного (обзорного) поля зрения прицела.

Задачами настоящего изобретения являются увеличение дальностей обнаружения и распознавания объектов в реальной боевой обстановке, повышение точности прицеливания, а также уменьшение времени поиска целей.

Комбинированный прицел с лазерным дальномером, содержащий визирно-приемный канал, включающий первый объектив, оптически связанный посредством первого спектроделителя с фотоприемным устройством и с первой ПЗС-матрицей, снабженной устройством формирования видеосигнала, электронный формирователь прицельной марки, выход которого подключен к монитору, передающий канал, содержащий оптически связанные лазерный излучатель, телескопическую систему, включающую окуляр и второй объектив, и оптический компенсатор, в отличие от прототипа, содержит систему фокусировки, расположенную на оси первого объектива между первым спектроделителем и первой ПЗС-матрицей, оптически связанные второй спектроделитель, проекционную оптическую систему и вторую ПЗС-матрицу, снабженную устройством формирования видеосигнала, коммутирующее устройство, первый и второй входы которого подключены соответственно к первой и второй ПЗС-матрицам, а выход подключен к электронному формирователю прицельной марки, при этом второй спектроделитель расположен между окуляром и вторым объективом под углом к его оптической оси, а эквивалентное фокусное расстояние второго объектива и проекционной оптической системы меньше фокусного расстояния первого объектива для обеспечения наблюдения объектов в увеличенном поле зрения.

В частности, система фокусировки может быть выполнена в виде линзы или группы линз, установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива.

Для уменьшения расстояния между осями каналов, а следовательно, для уменьшения диаметра выходного отверстия в броне объекта, как вариант, комбинированный прицел с лазерным дальномером может содержать ромбическую отражательную призму, расположенную на выходе передающего канала на его оптической оси, при этом ее выходная отражательная грань обращена в сторону первого объектива.

Введение системы фокусировки, расположенной на оси первого объектива между первым спектроделителем и первой ПЗС-матрицей, позволяет сохранить высокий контраст изображения при изменении дистанции наблюдения от нескольких десятков метров до бесконечности и при изменении температуры в широких пределах, например от -50°С до 60°С, что приводит к увеличению дальности обнаружения и распознавания объектов и к повышению точности прицеливания, а следовательно, обеспечивает повышение точности измерения дистанций до целей и повышение точности стрельбы. Такая система позволяет наблюдать объекты в узком поле зрения, например, 2W≈3°.

Введение оптически связанных второго спектроделителя, проекционной оптической системы и второй ПЗС-матрицы, снабженной устройством формирования видеосигнала, коммутирующего устройства, первый и второй входы которого подключены соответственно к первой и второй ПЗС-матрицам, а выход подключен к электронному формирователю прицельной марки, расположение второго спектроделителя между окуляром и вторым объективом под углом к его оптической оси, выбор эквивалентного фокусного расстояния второго объектива и проекционной оптической системы меньше фокусного расстояния первого объектива обеспечивает формирование дополнительного увеличенного поля зрения прицела, и становится возможным по выбору оператора наблюдение объектов в увеличенном поле зрения, например, 2W≈9°, что позволяет уменьшить время поиска целей, а после обнаружения цели оперативно перейти в узкое поле зрения, подключив к монитору первую ПЗС-матрицу с помощью коммутирующего устройства.

Применение ромбической отражательной призмы, расположенной на выходе передающего канала на его оптической оси, выходная отражательная грань которой обращена в сторону первого объектива, позволяет уменьшить расстояние между осями каналов. На объектах бронетанковой техники это позволяет уменьшить габаритные размеры внешней (головной) части прицельного комплекса.

На фиг.1 изображена принципиальная схема комбинированного прицела с лазерным дальномером, на фиг.2 показано расположение выходных зрачков первого и второго объективов относительно выходного отверстия объекта.

Комбинированный прицел с лазерным дальномером (фиг.1) содержит визирно-приемный канал, включающий первый объектив 1, оптически связанный посредством первого спектроделителя 2 с фотоприемным устройством 3 для регистрации отраженного от объектов излучения лазерного дальномера и с последовательно расположенными системой фокусировки 4 и первой ПЗС-матрицей 5, коммутирующее устройство 6, электронный формирователь прицельной марки 7 и монитор 8, передающий канал, содержащий оптически связанные лазерный излучатель 9, телескопическую систему, состоящую из окуляра 10, второго спектроделителя 11 и второго объектива 12, расположенных на одной оптической оси, оптический компенсатор 13 и ромбическую отражательную призму 14, а также оптически связанные со вторым спектроделителем 11 плоское зеркало 15, проекционную оптическую систему 16 и вторую ПЗС-матрицу 17. На фиг.1 показаны также плоскость 18 промежуточного изображения второго объектива 12 и выходное отверстие в корпусе 19 комбинированного прицела диаметром D.

Система фокусировки 4 может быть выполнена в виде одиночной линзы или группы линз, которые установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси первого объектива 1, например, с помощью электродвигателя, кинематически связанного с подвижным элементом, в котором закреплена линза или группа линз. Первый спектроделитель 2 выполнен в виде призмы-куба с отражающей гипотенузной гранью. Плоское зеркало 15 служит для удобства компоновки. Второй спектроделитель 11 и плоское зеркало 15 могут быть выполнены в виде единого призменного блока. Выходная отражательная грань ромбической отражательной призмы 14 обращена в сторону первого объектива 1, что обеспечивает уменьшение расстояния между осями каналов. Второй спектроделитель 11 расположен между окуляром 10 и вторым объективом 12 под углом 45° к его оптической оси, а эквивалентное фокусное расстояние второго объектива 12 и проекционной оптической системы 16 в 3 раза меньше фокусного расстояния первого объектива. Первая и вторая ПЗС-матрицы 5 и 17 имеют одинаковый размер, поэтому при подключении ПЗС-матрицы 17 угловое поле зрения комбинированного прицела будет в 3 раза больше, чем при подключении ПЗС-матрицы 5. Оптический компенсатор 13 предназначен для изменения направления оптической оси передающего канала в пространстве предметов и может быть выполнен, например, в виде двух вращающихся клиньев [1]. Он снабжен приводами и служит для оперативной выверки визирного канала узкого поля и канала излучения лазерного дальномера.

Первая и вторая ПЗС-матрицы 5 и 17 снабжены устройствами формирования видеосигнала (на фиг.1 не показаны) в виде электронной платы [2], на которой закреплена и сама матрица. Выходы первой и второй ПЗС-матриц подключены соответственно к первому и второму входам коммутирующего устройства 6, выход которого подключен к электронному формирователю прицельной марки 7, а его выход подключен к монитору 8. Коммутирующее устройство 6 осуществляет переключение видеосигналов, поступающих от ПЗС-матриц, и может быть выполнено в простейшем случае в виде тумблера или в виде электронного устройства, управляемого от специального пульта управления. В качестве электронного формирователя прицельной марки может быть использован, например, знакогенератор [3]. Коммутирующее устройство 6 и электронный формирователь прицельной марки 7 могут быть реализованы в устройстве в едином электронном блоке, например, в виде единой электронной платы.

На фиг.2 обозначены световая зона 20 первого объектива 1, световая зона 21 второго объектива 12 телескопической системы с учетом ее сдвига ромбической призмой 14, а также граница 22 выходного отверстия в корпусе 19.

Работает комбинированный прицел с лазерным дальномером следующим образом.

Излучение лазерного излучателя 9 проходит через окуляр 10 телескопической системы, второй спектроделитель 11, второй объектив 12, при этом расходимость лазерного излучения уменьшается в Г раз, где Г - увеличение телескопической системы, проходит оптический компенсатор 13, отражается от граней ромбической отражательной призмы 14, выходит через выходное отверстие корпуса 19 комбинированного прицела и, отразившись от наблюдаемого объекта, первым объективом 1 фокусируется на фотоприемном устройстве 3. Первый спектроделитель 2 при этом пропускает излучение лазера с минимальными потерями (коэффициент пропускания не менее 90...99%).

Видимое излучение от наблюдаемых объектов проходит через отверстие корпуса 19 комбинированного прицела, при наблюдении в режиме «узкого поля» попадает в первый объектив 1 и, отразившись от первого спектроделителя 2, проходит через линзу фокусирующего устройства 4 и собирается в плоскости чувствительных элементов первой ПЗС-матрицы 5. Коммутирующее устройство 6 при этом работает в режиме подключения первой ПЗС-матрицы 5 к монитору 8. Видеосигнал с выхода первой ПЗС-матрицы 5 проходит коммутирующее устройство 6, затем электронный формирователь прицельной марки 7. При этом на экране монитора 8 оператор наблюдает изображение объектов одновременно с прицельной маркой М. В случае нерезкого изображения объектов, наблюдаемых на экране монитора 8, оператор с помощью пульта управления (на фиг.1 не показан) включает электродвигатель подвижки линзы или группы линз фокусирующего устройства 4, добивается наибольшей резкости изображения объектов. Наличие фокусирующего устройства в канале узкого поля зрения дает возможность оператору независимо от дистанции до наблюдаемого объекта или при возникновении расфокусировки, вызванной температурными воздействиями, наблюдать его изображение на экране монитора с максимальным контрастом, что обеспечивает увеличение дистанции обнаружения и распознавания объектов, а также повышение точности измерения дистанций до целей и повышение точности стрельбы.

При наблюдении в режиме «широкого поля» видимое излучение от наблюдаемых объектов проходит через отверстие корпуса 19 комбинированного прицела, отразившись от граней ромбической отражательной призмы 14, проходит через оптический компенсатор 13, и фокусируется объективом 12 телескопической системы после отражения от второго спектроделителя 11 и зеркала 15 в его фокальной плоскости 18. Проекционная оптическая система 16 сопрягает фокальную плоскость 18 с плоскостью второй ПЗС-матрицы 17. Блок коммутации 6 при этом работает в режиме подключения второй ПЗС-матрицы 17 к монитору 8. Видеосигнал с выхода второй ПЗС-матрицы 17 проходит коммутирующее устройство 6, затем электронный формирователь прицельной марки 7. При этом на экране монитора 8 оператор наблюдает изображение объектов в увеличенном поле зрения одновременно с прицельной маркой М. Вид прицельной марки в этом случае может быть иным с учетом особенностей наблюдения объектов в широком поле зрения.

Совмещение световых зон объектива телескопической системы с каналом широкого поля зрения прицела обеспечивает уменьшение габаритных размеров головного зеркала комбинированного прицела, которое устанавливается на входе прицела перед его входным отверстием корпуса 19, так как в этом случае для отсутствии виньетирования световых пучков при равных световых диаметрах объективов требуется меньший диаметр D входного отверстия. Это наглядно иллюстрируется на фиг.2. Показанное на фиг.2 относительное положение световых зон 20 и 21 первого и второго объективов обеспечивает минимальный диаметр D выходного отверстия корпуса 19 с границами 22 выходного отверстия, что обеспечивает возможность существенного уменьшения размеров головного зеркала и выступающей части прицела, что особенно важно в случае панорамных прицелов.

Таким образом, новый комбинированный прицел с лазерным дальномером обеспечивает увеличение дальностей обнаружения и распознавания наблюдаемых объектов в реальной боевой обстановке, повышение точности измерения дистанций до целей и повышение точности стрельбы, а также возможность наблюдения объектов как в узком, так и в широком поле зрения прицела.

Источники информации

1. Евразийский патент № 001581, G01С 3/08 - прототип.

2. Каталог фирмы ЭВС. Телевизионные камеры. Цифровые системы видеонаблюдения. С.-Петербург, 2004 г.

3. Формирователь прицельных марок МВС-108. Проспект фирмы SEKAI Electronics Inc., www.sekai-electronics.com.

Комбинированный прицел с лазерным дальномером содержит визирно-приемный канал, передающий канал, коммутирующее устройство, электронный формирователь прицельной марки, выход которого подключен к монитору. При этом визирно-приемный канал содержит объектив, спектроделитель, систему фокусировки, фотоприемное устройство, первую ПЗС-матрицу, а передающий канал содержит лазерный излучатель, телескопическую систему, оптический компенсатор, второй спектроделитель, проекционную оптическую систему и вторую ПЗС-матрицу Технический результат: увеличение дальности обнаружения и распознавания объектов в реальной боевой обстановке, повышение точности прицеливания, а также уменьшение времени поиска целей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Комбинированный прицел с лазерным дальномером, содержащий визирно-приемный канал, включающий первый объектив, оптически связанный посредством первого спектроделителя с фотоприемным устройством и с первой ПЗС-матрицей, снабженной устройством формирования видеосигнала, электронный формирователь прицельной марки, выход которого подключен к монитору, передающий канал, содержащий оптически связанные лазерный излучатель, телескопическую систему, включающую окуляр и второй объектив, и оптический компенсатор, отличающийся тем, что он содержит систему фокусировки, расположенную на оси первого объектива между первым спектроделителем и первой ПЗС-матрицей, оптически связанные второй спектроделитель, проекционную оптическую систему и вторую ПЗС-матрицу, снабженную устройством формирования видеосигнала, коммутирующее устройство, первый и второй входы которого подключены соответственно к первой и второй ПЗС-матрицам, а выход подключен к электронному формирователю прицельной марки, при этом второй спектроделитель расположен между окуляром и вторым объективом под углом к его оптической оси, а эквивалентное фокусное расстояние второго объектива и проекционной оптической системы меньше фокусного расстояния первого объектива для обеспечения наблюдения объектов в увеличенном поле зрения.2. Комбинированный прицел с лазерным дальномером по п.1, отличающийся тем, что система фокусировки выполнена в виде линзы или группы линз, установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива.3. Комбинированный прицел с лазерным дальномером по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит ромбическую отражательную призму, расположенную на выходе передающего канала на его оптической оси, при этом ее выходная отражательная грань обращена в сторону первого объектива для уменьшения расстояния между осями каналов.