ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИБОРА НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G02B23/02 H04N5/30 

Предлагаемое изобретение относится к области приборов наблюдения операторов, преимущественно механиков-водителей транспортных машин специального назначения, предназначенных для эксплуатации в сложных условиях, характеризующихся возможностью механического повреждения входного оптико-телевизионного устройства и воздействием на него высокоинтенсивного ионизирующего излучения. Указанные условия могут иметь место в очагах аварий на объектах атомной промышленности и энергетики при движении в условиях сильных разрушений на радиационно-зараженной местности.

Телевизионные средства наблюдения находят все более широкое применение в качестве зрительных приборов бронированных транспортных машин, применяемых в сложных условиях. Как правило, такие средства наблюдения состоят из трех основных элементов, к которым относятся входное оптико-телевизионное устройство (телекамера), канал связи (линейный усилитель и кабельный комплект) и собственно средство отображения видеоинфоромации (видеосмотровое устройство). Для телевизионных приборов наблюдения характерны повышенные защитные свойства по отношению к членам экипажа, т.к. они обеспечивают широкие возможности компоновки оборудования и расположения экипажа (Теория и конструкция танка.- Т.2. Основы проектирования вооружения танка. - М.: Машиностроение, 1982, с.181, 182). В частности, использование телевизионных приборов наблюдения за счет применения кабельной связи между телекамерой, расположенной вне забронированного объема, и расположенным в забронированном пространстве видеосмотровым устройством позволяет до минимума сократить количество окон в высокозащищенной капсуле, что значительно повышает ее защитные и прочностные свойства. Указанное обстоятельство делает целесообразным использование телевизионных приборов наблюдения при разработке и создании машин радиационной разведки, используемых в районе аварий на предприятиях атомной промышленности и энергетики.

Входное устройство телевизионного прибора наблюдения транспортной машины специального назначения, предназначенной для эксплуатации в сложных условиях очага поражения в местах техногенных катастроф и аварий на объектах атомной промышленности и энергетики, должно обладать рядом специфических требований, к которым относятся:

- широкий угол поля зрения в горизонтальной плоскости, обеспечивающий уверенное вождение в узких проходах, при котором необходимо одновременное наблюдение правого и левого бортов машины. Практика вождения гусеничных машин показывает, что этот угол должен иметь величину 100...120°;

- высокая четкость формируемого изображения, обеспечивающая возможность обнаружения дорожных препятствий на расстоянии, превышающем длину тормозного пути при реальной скорости движения;

- минимальный размер входного окна. Указанное требование обусловлено необходимостью обеспечения высокой устойчивости входного оптического устройства к внешним механическим повреждениям - воздействию осколков, камней и т.п., а также необходимостью уменьшения уязвимости входного устройства при возможном пулевом обстреле;

- высокая радиационная стойкость устройства, т.е. сохранение его работоспособности в условиях воздействия интенсивного ионизирующего излучения. Указанное требование может выполняться за счет использования радиационно стойких передающих телевизионных светораспределителей и обеспечения их эффективной защиты от воздействия ионизирующего излучения.

Одновременное выполнение перечисленных требований является сложной технической задачей и до настоящего времени не нашло своего технического решения.

В частности, известна телевизионная система наблюдения для боевой машины (Colerus-Geldern G. Eine Nachtsicht - Fernsehanlage fur Kompfpauzer. "Truppendienst", 1974, №6, s.498-500), содержащая телекамеру, включающую в свой состав последовательно установленные защитное стекло, объектив и видикон, а также видеосмотровое устройство и комплект соединительных кабелей. Указанное устройство, по сравнению с оптическими приборами наблюдения (стеклоблоками, призменными и линзовыми приборами наблюдения), обладает лучшими защитными характеристиками, т.к. не требует выполнения больших окон в броне, а позволяет ограничиться каналом для проводки коаксиального кабеля. Однако оно не может быть использовано в качестве прибора наблюдения водителя, т.к. имеет узкий угол поля зрения (около 10°) и не обладает радиационной стойкостью.

Известна промышленная телевизионная установка ПТУ-22 (Кондратьев А.Г., Лукин М.И. Техника промышленного телевидения. - Л.: Лениздат, 1970), предназначенная для наблюдения в тяжелых условиях промышленного производства. Входное оптико-телевизионное устройство указанной установки содержит последовательно установленные защитное стекло, объектив с приводами фокусировки и диафрагмирования и видикон, образующие телевизионную камеру. Указанные элементы заключены в массивный стальной корпус, обеспечивающий высокую механическую прочность устройства.

По технической сущности входное оптико-телевизионное устройство промышленной телевизионной установки ПТУ-22 является прототипом предложенного изобретения.

К недостаткам рассматриваемого входного оптико-телевизионного устройства относятся:

- недостаточный угол горизонтального наблюдения. Обеспечение увеличения угла горизонтального наблюдения за счет использования короткофокусного объектива приводит к уменьшению угловой разрешающей способности системы и увеличению размера входного окна, что отразится на стойкости устройства к механическим повреждениям;

- большой размер входного окна, что делает устройство уязвимым для механических повреждений и пулевого обстрела. Уменьшение входного окна приводит к уменьшению поля зрения системы;

- отсутствие радиационной стойкости ввиду использования оптических элементов из стекол, не ослабляющих ионизирующее излучение, низких защитных свойств конструкции и использования нерадиационно стойкого видикона.

Целью изобретения является создание входного устройства телевизионного прибора наблюдения, обеспечивающего возможность работы механика-водителя транспортной машины специального назначения в районе аварий на предприятиях атомной промышленности и энергетики и эффективного управления движением машины при нахождении в узкостях и в сложных условиях движения при одновременной высокой стойкости устройства к механическим повреждениям и низкой уязвимости при пулевом обстреле.

Указанная цель изобретения достигается тем, что:

- в приборе, содержащем корпус, защитное стекло и центральную передающую телевизионную камеру, дополнительно установлены две боковые телевизионные камеры, состоящие каждая из телевизионного светораспределителя и объектива, и три призмы АР-90°, при этом защитное стекло и объективы телекамер выполнены из стекол с высоким коэффициентом поглощения ионизирующего излучения (радиационно стойких стекол), горизонтальные углы полей зрения α всех телекамер равны и связаны с горизонтальным углом поля зрения входного устройства β соотношением

где γ - угол перекрытия поля зрения центральной и каждой из боковых телевизионных камер;

- углы между оптической осью центральной телекамеры и оптической осью каждой из боковых телекамер определяются выражением

- приемные площадки передающих телевизионных светопреобразователей расположены в одной горизонтальной плоскости. Направление строк телевизионного растра светопреобразователя центральной телекамеры перпендикулярно оптической оси входного устройства. Приемные площадки передающих телевизионных преобразователей боковых телевизионных камер развернуты в горизонтальной плоскости таким образом, что строки телевизионного растра указанных преобразователей расположены под углом ±(α-γ) по отношению к строкам телевизионного растра светопреобразователя центральной телевизионной камеры.

Направление развертки по строке изображения светопреобразователя в каждом канале изменено на противоположное по сравнению с традиционным справа налево и производится слева направо;

- призмы АР-90° расположены между каждой из телекамер и защитным стеклом, причем оптическая ось центральной призмы АР-90° совпадает с осью входного устройства, а оптические оси боковых призм развернуты по отношению к указанной оси в горизонтальной плоскости на углы ±(α-γ);

- защитное стекло размещено вблизи точки пересечения оптических осей от всех трех оптических каналов, каждый из которых образован системой призма-телевизионная камера.

При разработке конструкции устройства с использованием приведенных выше технических решений обеспечивается возможность построения радиационно стойкого и высокозащищенного по отношению к механическим повреждениям (за счет использования только одного входного окна малых размеров) входного оптико-телевизионного устройства, обеспечивающего широкий угол поля зрения в горизонтальной плоскости при сохранении высокой угловой разрешающей способности.

В известных технических решениях нет совокупности отличительных признаков, сходных с признаками, отличающими рассматриваемое техническое решение от прототипа, а именно не известны входные оптико-телевизионные устройства, имеющие три телевизионные камеры, состоящие каждая из телевизионной трубки и объектива, и три призмы АР-90°, при этом защитное стекло и объективы телекамер выполнены из стекла с высоким коэффициентом поглощения ионизирующего излучения, горизонтальные углы полей зрения α каждой из телекамер одинаковы и связаны с горизонтальным углом поля зрения входного устройства соотношением 3α-2γ=β, углы между оптической осью центральной телекамеры и оптической осью каждой из боковых телекамер определяются как (α-γ), приемные площадки передающих телевизионных светопреобразователей расположены в одной горизонтальной плоскости, направление строк телевизионного растра передающего телевизионного светопреобразователя центральной телекамеры перпендикулярно оптической оси входного устройства, приемные площадки передающих телевизионных светопреобразователей боковых телевизионных камер развернуты в горизонтальной плоскости таким образом, что строки телевизионных растров светопреобразователей расположены под углом ±(α-γ) по отношению к строкам телевизионного растра светопреобразователя центральной телекамеры и направление развертки изображений по строкам растров производится слева направо, призмы АР-90° расположены между каждой из телекамер и защитным стеклом, причем оптическая ось центральной призмы АР-90° совпадает с осью входного устройства, оптические оси боковых призм развернуты по отношению к указанной оси в горизонтальной плоскости на углы ±(α-γ), входные зрачки объективов телекамер вынесены, а защитное стекло размещено вблизи точки пересечения оптических осей всех трех каналов, каждый из которых образован системой призма-телевизионная камера. Поэтому предложенное техническое решение «Входное устройство телевизионного прибора наблюдения» обладает существенной новизной по отношению к базовому объекту-прототипу.

Конструктивное построение и техническая сущность заявляемого устройства представлена на чертеже.

Прибор содержит центральную телекамеру, состоящую из телевизионного преобразователя 1 и объектива 2, первую боковую телекамеру, состоящую из телевизионного преобразователя и объектива 4, вторую боковую телекамеру, состоящую из телевизионного светопреобразователя 5 и объектива 6. Приемные площадки светопреобразователей 1, 3, 5 расположены в одной горизонтальной плоскости. Перед объективами телекамер размещены прямоугольные призмы 7, 8 и 9. Оптические оси всех трех оптических каналов пересекаются вблизи плоскости защитного стекла 10. Передающие светопреобразователи 1, 3 и 5, объективы 2, 4 и 6 выбраны одинаковыми, а их взаимное расположение идентично, вследствие чего образованные ими телекамеры имеют одинаковые углы полей зрения α в горизонтальной плоскости. Передающие трубки 1, 3 и 5, объективы 2, 4 и 6, призмы 7, 8 и 9 расположены таким образом, что суммарный угол поля зрения устройства в горизонтальной плоскости β связан соотношением (1) с углами α и γ. Это обеспечивается разворотом боковых светопреобразователей 3 и 5 (и соответственно формируемых на них телевизионных растров) по отношению к центральному передающему светопреобразователю 1 вокруг их продольных осей (оптических осей соответствующих боковых телекамер) на углы ±(α-γ), а также призм 8 и 9 также на углы ±(α-γ) вокруг оптических осей соответствующих боковых телекамер. Входные зрачки объективов 2, 4 и 6 вынесены. Защитное стекло размещено вблизи точки пересечения оптических осей всех трех каналов, которые образуют оптические системы из призм и телевизионных камер. Указанное обстоятельство позволяет минимизировать размеры защитного стекла, что обеспечивает его максимальную защищенность от механических повреждений. Полученные на практике размеры входного окна составляют 110×60 мм. Вся конструкция устройства помещена в корпус, обеспечивающий его механическую прочность и дополнительную защиту элементов конструкции от ионизирующего излучения. Корпус имеет снаружи прямоугольную форму, обеспечивающую возможность его размещения в вертикальной шахте броневого корпуса машины, чем обеспечивается дополнительная радиационная защита устройства. При этом вне шахты в корпусе бронированной машины находятся только призмы 7, 8, 9 и защитное стекло 10, а остальные элементы входного оптического устройства находятся внутри защищенной шахты.

При реализации устройства могут быть использованы следующие технические решения. В качестве передающих телевизионных светопреобразователей 1, 3 и 5 могут быть использованы видиконы ЛИ-600 и ЛИ-601, имеющие входные окна из радиационно стойкого стекла серии «100» и обеспечивающие сохранение работоспособности устройства при повышенных радиационных фонах. Объективы 2, 4 и 6 выполнены по схеме объектива с вынесенным зрачком. Такие пятикомпонентные объективы описаны в монографии Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. - Л.: Машиностроение, 1975, с.316 и Патенте США №4464042, кл. G02В 9/60, 1984. Во избежание потемнения объективов в процессе их эксплуатации в условиях воздействия ионизирующих излучений, а также для обеспечения ослабления ионизирующего излучения в объективах использовано стекло ТФ18112 с большим (до 50%) содержанием свинца. Из аналогичного стекла выполнены призмы АР-90° 7, 8 и 9, а также защитное стекло 10. Корпус устройства выполнен из стали с элементами свинцового наполнения.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Отраженные от местности лучи света проходят через защитное стекло 10 и после преломления призмами АР-90° (поз.7, 8, 9) попадают во входные апертуры объективов 2, 4 и 6, которые формируют соответствующие изображения соседних участков местности на приемных площадках соответственно видиконов 1, 3, 5, расположенных в плоскостях изображений объективов 2, 4 и 6. Разворот боковых призм АР-90° 8 и 9 на углы (α-γ) относительно центральной призмы АР-90° (поз.7) и соответствующий разворот боковых видиконов 3, 5 (и соответственно их телевизионных растров) относительно центрального видикона 1 обеспечивают формирование боковыми телекамерами нормально ориентированных телевизионных изображений, в которых линии горизонта совпадают с направлением строк телевизионного растра. Благодаря перекрытию смежных изображений на небольшой (1...3°) угол γ оператор на трех расположенных в ряд видеосмотровых устройствах, связанных с соответствующими видиконами, имеет возможность наблюдать панорамное изображение местности с углом 100...110° по горизонтали(при углах поля зрения телекамер по горихзонтали 35...40°).

Изготовление защитого стекла 10, призм АР-90° 7, 8, 9 и оптических элементов объектов 2, 4 и 6 из стекла ТФ 18112 с высоким содержанием свинца, минимизация размеров входного окна 10, а также установка элементов устройства в стальном корпусе с элементами свинцовой защиты обеспечивают защиту видиконов от ионизирующего излучения. Дополнительная защита видиконов 1, 3 и 5 от ионизирующего излучения осуществляется за счет установки устройства в вертикальной шахте, выполненной в броневом корпусе машины.

Промышленная применимость заявляемого устройства доказана в ходе его изготовления и успешной эксплуатации при испытаниях опытного образца машины радиоционной разведки.

Входное устройство телевизионного прибора наблюдения предназначено для комплекса средств наблюдения механика-водителя бронированных транспортных машин, применяемых на объектах атомной промышленности и энергетики. Устройство содержит корпус, защитное стекло и три телевизионных камеры, перед которыми размещены три призмы АР-90°. Каждая камера включает телевизионный светопреобразователь и объектив. Объектив камеры и призма выполнены из радиационно стойких стекол. Технический результат: создание устройства телевизионного прибора наблюдения, обеспечивающего возможность работы механика-водителя транспортной машины специального назначения. 1 ил.

Входное устройство телевизионного прибора наблюдения, содержащее корпус, защитное стекло и образующие центральную телевизионную камеру передающий телевизионный светопреобразователь и объектив, отличающееся тем, что дополнительно установлены две боковые телевизионные камеры, состоящие каждая из передающего телевизионного светопреобразователя и объектива, и три призмы АР-90°, расположенные между телевизионными камерами и защитным стеклом таким образом, что оптическая ось центральной призмы совпадает с оптической осью входного устройства, а оси боковых призм развернуты в горизонтальной плоскости относительно оси центральной призмы на угол ±(α-γ), где γ - угол перекрытия угловых полей зрения центральной и каждой из боковых камер, α - одинаковое для всех телевизионных камер горизонтальное угловое поле, связанное с углом γ и горизонтальным угловым полем β входного устройства соотношением 3α-2γ=β, при этом защитное стекло размещено вблизи точки пересечения осей призм, объективы и призмы выполнены из радиационно стойких стекол, приемные площадки телевизионных светопреобразователей расположены в одной горизонтальной плоскости и направление строк телевизионного растра телевизионного светопреобразователя центральной телевизионной камеры перпендикулярно оптической оси входного устройства, а приемные площадки телевизионных светопреобразователей боковых телевизионных камер развернуты в горизонтальной плоскости таким образом, что строки телевизионных растров расположены под углами ±(α-γ) по отношению к строкам телевизионного растра телевизионного светопреобразователя центральной телевизионной камеры, при этом направление развертки изображения по строке растра в каждом светопреобразователе изменено на противоположное к традиционному в телевидении и производится слева направо.