УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ТЕПЛОВИЗИОННОГО И ВИЗУАЛЬНОГО КАНАЛОВ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРИЦЕЛОВ Российский патент 2008 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, более конкретно - к устройствам контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов.

Известно устройство для контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов [1], содержащее оптически связанные зеркальный коллиматор, включающий источник излучения, зеркальный объектив, защитное стекло и оптический блок сопряжения зеркального коллиматора с тепловизионным и визуальным каналами комбинированного прицела, на выходе которого установлен оптический компенсатор ошибок направления световых пучков, выполненный в виде двух вращающихся клиньев, причем оптический блок сопряжения выполнен в виде ромбической призмы, частично расположенной в ходе лучей света зеркального коллиматора вне его оси. Недостатками данного устройства являются малая светосила, вызванная частичным перекрытием светового пучка зеркального коллиматора ромбической призмой и невысокая точность контроля, обусловленная выделением ромбической призмой крайней зоны выходного зрачка объектива зеркального коллиматора, что вследствие аберраций объектива и колебаний температуры окружающей среды неизбежно приведет к нарушению исходного углового отклонения части лучей света ромбической призмой. Кроме того, известное устройство не обеспечивает возможность контроля ошибки слежения визирной оси тепловизионного канала за визирной осью визуального канала при повороте этих осей в вертикальной плоскости с помощью привода вертикального наведения комбинированного прицела, что необходимо при связи каналов с помощью следящей системы, а также не обеспечивает контроль увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости.

Задачей изобретения является повышение светосилы устройства и точности контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов, а также расширение функциональных возможностей путем обеспечения дополнительной возможности контроля ошибки слежения визирной оси тепловизионного канала за визирной осью визуального канала и контроля увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости, когда ось визуального канала связана с осью тепловизионного канала с помощью следящей системы.

Для решения поставленной задачи в устройстве для контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов, содержащем зеркальный коллиматор, включающий источник излучения, зеркальный объектив, защитное стекло и оптический блок сопряжения зеркального коллиматора с тепловизионным и визуальным каналами комбинированного прицела, на выходе которого установлен оптический компенсатор ошибок направления световых пучков, выполненный в виде двух вращающихся клиньев, оптический блок сопряжения, в отличие от прототипа, выполнен в виде двух параллельных каналов, на оси первого канала, оптически связанного с визуальным каналом комбинированного прицела, расположены последовательно спектроделительная пластина с покрытием, отражающим часть теплового излучения и пропускающим часть видимого излучения, установленная под углом 45° к оси зеркального коллиматора, и оптический компенсатор ошибок направления световых пучков, на оси второго канала, оптически связанного с тепловизионным каналом комбинированного прицела, расположены последовательно плоское зеркало, параллельное спектроделительной пластине и жёстко связанное с ней, и защитное стекло, пропускающее тепловое излучение. Источник излучения зеркального коллиматора выполнен в виде нагревательного элемента с устройством регулировки его температуры и источника видимого излучения с устройством регулировки его яркости, оптически сопряженного с нагревательным элементом. Устройство снабжено средством разворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной визирной оси визуального канала комбинированного прицела, с возможностью фиксации по меньшей мере в двух положениях.

Выполнение оптического блока сопряжения в виде двух параллельных каналов, расположенных на выходе лучей зеркального коллиматора соосно зеркальному коллиматору, исключает экранирование выходного зрачка коллиматора, что повышает светосилу устройства, приводит к повышению передачи оптической системой высоких пространственных частот и улучшает качество тепловизионного изображения, обеспечивает тем самым высокую точность контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов, а также расширяет функциональные возможности устройства в части контроля ошибки слежения визирной оси тепловизионного канала за визирной осью визуального канала и контроля увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости, когда ось визуального канала связана с осью тепловизионного канала с помощью следящей системы.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1 и 2). На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - схема контроля ошибки слежения визирной оси тепловизионного канала за визирной осью визуального канала и контроля увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости.

Устройство для контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов содержит (фиг.1) оптически связанные зеркальный коллиматор 1 и оптический блок сопряжения зеркального коллиматора 1 с тепловизионным и визуальным каналами комбинированного прицела.

Зеркальный коллиматор 1 включает в себя зеркальный объектив 2, в задней фокальной плоскости которого установлена сетка 3 с прозрачными для видимого и теплового излучения штрихами. Сетка 3 подсвечивается источником излучения 4, который состоит из нагревательного элемента 5 с устройством регулировки его температуры 6, и источника видимого излучения 7 с устройством регулировки его яркости 8. Источник видимого излучения 7 оптически сопряжен с нагревательным элементом 5. Зеркало 9 выполнено с отверстием в центральной его части. Изображение сетки 3 через отверстие в зеркале 9 проецируется на «бесконечность». Оптический блок сопряжения включает два параллельных канала. На оси первого канала расположены последовательно спектроделительная пластина 10 и компенсатор ошибок направления световых пучков 11. Спектроделительная пластина 10 установлена под углом 45° к оси зеркального коллиматора 1.

На поверхность спектроделительной пластины 10, обращенную к заркальному коллиматору 1, нанесено спектроделительное покрытие, отражающее тепловое излучение и пропускающее видимое излучение. Компенсатор ошибок направления световых пучков 11 выполнен в виде двух последовательно расположенных клиновидных пластин, установленных с возможностью вращения вокруг оси первого канала. На оси второго канала расположены последовательно плоское зеркало 12 и защитное стекло 13, пропускающее тепловое излучение. Плоское зеркало 12 установлено параллельно спектроделительной пластине 10 и жестко связано с ней, например, путем приклеивания к торцам титановой трубки. Оптический блок сопряжения установлен по ходу лучей, выходящих из зеркального коллиматора 1. На фиг.1 показан также контролируемый комбинированный прицел 14 (для отличия от заявляемого устройства на чертеже выполнен штриховой линией), включающий визуальный и тепловизионный каналы. На оси визуального канала, в фокальной плоскости объектива 15, установлена сетка 16, которая рассматривается через окуляр 17 визуального канала. Центральная марка на сетке 16 определяет положение визирной оси визуального канала. На оси тепловизионного канала установлена тепловизионная камера 18, выход которой подключен к видеосмотровому устройству 19. Марка, рассматриваемая на видеосмотровом устройстве 19, определяет положение визирной оси тепловизионного канала. Расстояние между осями первого и второго каналов оптического блока сопряжения равно расстоянию между осями визуального и тепловизионного каналов комбинированного прицела 14. При выполнении проверок зеркальный коллиматор с оптическим блоком сопряжения 20 устанавливается на выходе комбинированного прицела 14, при этом визуальный канал комбинированного прицела должен находиться по ходу лучей первого канала оптического блока сопряжения, тепловизионный канал - по ходу лучей второго канала оптического блока сопряжения. Все элементы схемы оптически сопряжены друг с другом. Зеркальный коллиматор с оптическим блоком сопряжения 20, см. фиг.2, имеет возможность разворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной визирной оси визуального канала комбинированного прицела, с возможностью фиксации по меньшей мере в двух положениях, что позволяет проводить контроль положения визирной оси тепловизионного канала комбинированного прицела относительно его визирной оси визуального канала при повороте этих осей в вертикальной плоскости.

Корпус источника излучения 4 изготовлен из материала, имеющего низкую теплопроводность. В корпусе источника излучения 4 установлены: резистор с платой, обеспечивающей регулировку температуры нагрева резистора, и светодиод с платой, обеспечивающей регулировку яркости свечения светодиода. Светодиод является источником лучей видимого излучения, нагретый резистор - источником лучей теплового излучения.

Устройство работает следующим образом.

Лучи видимого излучения светодиода падают на поверхность резистора и отражаются от его поверхности рассеянным пучком лучей в направлении излучения лучей теплового излучения нагретого резистора. Отражающая поверхность резистора для увеличения интенсивности теплового излучения покрашена светлой краской.

Пучок лучей от источника излучения 4 зеркального коллиматора, состоящий из лучей видимого и теплового излучения, освещает сетку 3, затем пройдя через отверстие в зеркале 9, падает на отражающую поверхность зеркального объектива 2, отражается от нее и падает на зеркало 9. Отразившись от зеркальной поверхности плоского зеркала 9, пучок лучей падает на спектроделительную пластину. Сетка 3 находится в задней фокальной плоскости зеркального объектива 2, поэтому лучи после отражения от зеркального объектива падают на плоское зеркало 9 и отражаются от него параллельным пучком. Пучок лучей теплового излучения отражается от спектроделительной пластины 10, затем от плоского зеркала 12 проходит через защитное стекло 13 и входит в тепловизионный канал контролируемого комбинированного прицела 14. В плоскости тепловизионной камеры 18 тепловизионного канала, выход которой подключен к видеосмотровому устройству 19, формируется изображение сетки зеркального коллиматора, которое рассматривается наблюдателем на видеосмотровом устройстве 19 одновременно с маркой тепловизионного канала, определяющей положение визирной оси тепловизионного канала.

Пучок лучей видимого излучения проходит через спектроделительную пластину 10, компенсатор ошибок направления световых пучков 11 и входит в визуальный канал контролируемого комбинированного прицела 14. В плоскости сетки 16 визуального канала формируется изображение сетки зеркального коллиматора, которое рассматривается наблюдателем через окуляр 17 визуального канала контролируемого комбинированного прицела одновременно с центральной маркой визуального канала, определяющей положение визирной оси визуального канала.

При строгой параллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированного прицела, после установки устройства на выходе комбинированного прицела так, что при рассматривании на видеосмотровом устройстве 19 центр изображения сетки зеркального коллиматора совмещен с маркой тепловизионного канала, наблюдатель через окуляр визуального канала рассматривает изображение центра сетки зеркального коллиматора, совмещенное с центральной маркой визуального канала.

При контроле непараллельности визуального и тепловизионного каналов реальных комбинированных прицелов наблюдатель после установки устройства на выходе комбинированного прицела так, что при рассматривании на видеосмотровом устройстве 19 центр изображения марки зеркального коллиматора совмещен с маркой тепловизионного канала, в общем случае, через окуляр визуального канала рассматривает изображение центра сетки зеркального коллиматора, смещенное относительно центральной марки визуального канала, что свидетельствует о непараллельности визуального и тепловизионного каналов комбинированного прицела. При необходимости оценки непараллельности каналов, необходимо снять отсчет по шкале на сетке зеркального коллиматора, проградуированной в угловых единицах в горизонтальном и вертикальном направлении и определить величину Δ, в угловых единицах, непараллельности визуального и тепловизионного каналов по формуле:

где а - расстояние, в угловых единицах, между центром изображения сетки зеркального коллиматора и центральной маркой визуального канала в горизонтальном направлении; b - расстояние, в угловых единицах, между центром изображения сетки зеркального коллиматора и центральной маркой визуального канала комбинированного прицела в вертикальном направлении.

Для выполнения проверок непараллельности визуального и тепловизионного каналов комбинированных прицелов, ошибки слежения визирной оси тепловизионного канала за визирной осью визуального канала и увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости, устройство снабжено средством разворота его вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной визирной оси визуального канала комбинированного прицела, выполненным в виде кронштейна 21. Кронштейн 21 имеет две пары направляющих 22, 23, предназначенных для установки зеркального коллиматора с оптическим блоком сопряжения 20, выполненных в едином корпусе, соответственно в горизонтальном положении и под углом β градусов к горизонту. При этом оси каналов оптического блока сопряжения устанавливаются соответственно параллельно горизонту или под углом β градусов к горизонту. В реализованном устройстве угол β равен 20 градусам.

Кронштейн 21 имеет механизмы юстировки, обеспечивающие согласование осей оптического блока сопряжения с визуальным и тепловизионными каналами комбинированного прицела в вертикальной и горизонтальной плоскости.

В случае, когда тепловизионный и визуальный каналы комбинированного прицела разворачиваются в вертикальной плоскости, причем ось тепловизионного канала связана с осью визуального канала с помощью следящей системы, проводится контроль точности передачи углов поворота оси визуального канала к оси тепловизионного канала, а также контроль увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости. Для этого зеркальный коллиматор с оптическим блоком сопряжения 20 устанавливается на направляющие кронштейна устройства под углом β градусов к горизонту. С помощью привода вертикального наведения комбинированного прицела наблюдатель поворачивает оси визуального и тепловизионного каналов так, что при рассматривании на видеосмотровом устройстве 19 марка тепловизионного канала совмещена с центром изображения сетки зеркального коллиматора в вертикальном направлении, для совмещения в горизонтальном направлении используются юстировачные механизмы кронштейна устройства. Затем наблюдатель через окуляр визуального канала оценивает положение центральной марки визуального канала относительно центра изображения сетки зеркального коллиматора, снимает отсчет по шкале сетки зеркального коллиматора в вертикальном и горизонтальном направлениях. Величина ошибки слежения визирной оси телевизионного канала за визирной осью визуального канала при повороте этих осей в вертикальной плоскости равна расстоянию, в угловых единицах, между центром изображения сетки зеркального коллиматора и центральной маркой визуального канала комбинированного прицела в вертикальном направлении. Величина увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости равна расстоянию, в угловых единицах, между центром изображения сетки зеркального коллиматора и центральной маркой визуального канала в горизонтальном направлении.

Заявляемое устройство компактно. Оно не требует значительных затрат времени на подготовку и проведение измерений, так как подготовка к измерениям заключается лишь в установке его перед выходным окном комбинированного прицела, а процесс контроля - лишь в наблюдении в окуляр визуального канала и на видеосмотровое устройство тепловизионной камеры тепловизионного канала комбинированного прицела.

Точность контроля непараллельности визуального и тепловизионного каналов не превышает 10 угловых секунд. Точность контроля ошибки слежения визирной оси телевизионного канала за визирной осью визуального канала при повороте этих осей в вертикальной плоскости не превышает 10 угловых секунд. Точность контроля увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости не превышает 10 угловых секунд.

Таким образом, устройство для контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов обладает не только повышенной светосилой, но и обеспечивает более высокую точность контроля, а также обеспечивает возможность контроля ошибки слежения визирной оси телевизионного канала за визирной осью визуального канала и увода визирной оси тепловизионного канала относительно визирной оси визуального канала в горизонтальной плоскости при повороте этих осей в вертикальной плоскости с помощью привода вертикального наведения комбинированного прицела.

Источники информации

1. Коллиматоры для проверки тепловизионных прицелов. «Оптический журнал», Том 71, №2, 2004 г. с.35 (прототип).

Устройство для контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов содержит оптически связанные зеркальный коллиматор, включающий источник излучения и зеркальный объектив, оптический блок сопряжения зеркального коллиматора с тепловизионным и визуальным каналами комбинированного прицела и оптический компенсатор ошибок направления световых пучков, выполненный в виде двух вращающихся клиньев. Оптический блок сопряжения включает два параллельных канала, на оси первого канала, оптически связанного с визуальным каналом комбинированного прицела, расположены последовательно спектроделительная пластина с покрытием, отражающим часть теплового излучения и пропускающим часть видимого излучения, установленная под углом 45° к оси зеркального коллиматора, и оптический компенсатор ошибок направления световых пучков. На оси второго канала, оптически связанного с тепловизионным каналом комбинированного прицела, расположены последовательно плоское зеркало, параллельное спектроделительной пластине и жестко связанное с ней, и защитное стекло, пропускающее тепловое излучение. При этом зеркальный коллиматор дополнительно содержит сетку, установленную в фокальной плоскости зеркального объектива, и плоское зеркало, направляющее пучок лучей на спектроделительную пластину. Источник излучения зеркального коллиматора выполнен в виде нагревательного элемента с устройством регулировки его температуры, и источника видимого излучения с устройством регулировки его яркости, оптически сопряженного с нагревательным элементом. Устройство снабжено средством разворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной визирной оси визуального канала комбинированного прицела, с возможностью фиксации по меньшей мере в двух положениях. Технический результат - повышение светосилы устройства и точности контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов, а также расширение функциональных возможностей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для контроля непараллельности тепловизионного и визуального каналов комбинированных прицелов, содержащее оптически связанные зеркальный коллиматор, включающий источник излучения и зеркальный объектив, оптический блок сопряжения зеркального коллиматора с тепловизионным и визуальным каналами комбинированного прицела и оптический компенсатор ошибок направления световых пучков, выполненный в виде двух вращающихся клиньев, отличающееся тем, что оптический блок сопряжения включает два параллельных канала, на оси первого канала, оптически связанного с визуальным каналом комбинированного прицела, расположены последовательно спектроделительная пластина с покрытием, отражающим часть теплового излучения и пропускающим часть видимого излучения, установленная под углом 45° к оси зеркального коллиматора, и оптический компенсатор ошибок направления световых пучков, а на оси второго канала, оптически связанного с тепловизионным каналом комбинированного прицела, расположены последовательно плоское зеркало, параллельное спектроделительной пластине и жестко связанное с ней, и защитное стекло, пропускающее тепловое излучение, при этом зеркальный коллиматор дополнительно содержит сетку, установленную в фокальной плоскости зеркального объектива, и плоское зеркало, направляющее пучок лучей на спектроделительную пластину.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник излучения зеркального коллиматора выполнен в виде нагревательного элемента с устройством регулировки его температуры и источника видимого излучения с устройством регулировки его яркости, оптически сопряженного с нагревательным элементом.3. Устройство по одному из пп.1 и 2, отличающееся тем, что снабжено средством разворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной визирной оси визуального канала комбинированного прицела, с возможностью фиксации по меньшей мере в двух положениях.