ПРИБОР ДЛЯ ДНЕВНОГО И НОЧНОГО НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G02B23/12 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим приборам для наблюдения и прицеливания, и может быть использовано в оптических приборах для наблюдения, прицеливания и слежения за удаленными объектами.

Известен прибор для дневного и ночного наблюдения [1], имеющий визирный канал, состоящий из оптически связанных объектива, устройства формирования прицельной марки, оптического модуля, содержащего дневной канал и ночной канал, выполненный в виде усилителя яркости изображения, и окуляра. При этом одна часть компонентов объектива визирного канала связана с дневным каналом, а другая часть компонентов объектива визирного канала связана с ночным каналом.

Недостатком этого прибора является то, что использование объектива с компонентами, работающими отдельно в дневном и ночном каналах, создает погрешность параллельности осей дневного и ночного каналов. Кроме того, в приборе отсутствует возможность подсветки объектов, что уменьшает дальность наблюдения объектов в ночном канале.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является прибор для дневного и ночного наблюдения [2], имеющий визирный канал, состоящий из оптически связанных объектива, устройства формирования прицельной марки, оптического модуля, содержащего дневной канал и ночной канал, выполненный в виде усилителя яркости изображения, установленные с возможностью поочередного ввода в визирный канал, и окуляра, канал подсветки объектов, включающий оптически связанные излучатель, формирующую оптическую систему и объектив, в качестве которого используется объектив визирного канала.

Упомянутый прибор позволяет производить наблюдение объектов в дневное и ночное время, а также производить целеуказание объектов в дневное время. Наличие в приборе общего объектива, все компоненты которого используются для дневного и ночного каналов, и оптического модуля, содержащего дневной и ночной каналы, установленные с возможностью поочередного ввода в визирный канал, позволяет уменьшить рассогласование осей дневного и ночного каналов.

Наличие в приборе [2] канала подсветки объектов, состоящего из излучателя, формирующей оптической системы, включающей вращающийся диск с чередующимися прозрачными и непрозрачными областями, и выполняющего пространственную и временную модуляцию излучения, объектива, в качестве которого используется объектив визирного канала, позволяет сформировать вдали от прибора определенную пространственную и временную структуру пучка излучения, которая может использоваться для целеуказания и наведения снаряда, управляемого по лазерному лучу.

Однако указанный прибор не позволяет наблюдать объекты в ночное время при работе канала подсветки из-за того, что на изображение объекта накладывается излучение канала подсветки, отраженное от объектива. Вызвано это тем, что объектив визирного канала является общим для дневного и ночного каналов и канала подсветки, поэтому во время работы канала подсветки часть его излучения отражается от объектива обратно в визирный канал. Так как для создания необходимых освещенностей излучение канала подсветки должно быть мощным, отраженное от объектива обратно в визирный канал излучение канала подсветки интенсивнее слабого излучения изображения объектов. При этом излучение канала подсветки попадает в спектральную область излучения, воспринимаемого и усиливаемого в визирном ночном канале усилителем яркости. Поэтому в визирном ночном канале будет видно яркое усиленное отраженное излучение канала подсветки. Изображение объектов не будет различимо на фоне усиленного отраженного излучения канала подсветки. Таким образом, в условиях низкой освещенности объектов невозможно одновременное использование визирного ночного канала и канала подсветки. Соответственно, канал подсветки может использоваться только для целеуказания объектов с визирным дневным каналом.

В связи с этим для наблюдения в прибор ночью в условиях низкой освещенности объектов возможно использование визирного ночного канала только в пассивном режиме усиления яркости слабого изображения объектов. При этом дальность наблюдения ограничена как параметрами усилителя яркости, так и освещенностью объектов. Например, при фоновой освещенности объектов, равной нулю, дальность наблюдения с использованием визирного ночного канала только в пассивном режиме усиления яркости слабого изображения объектов равна нулю.

Кроме того, из-за существенной массы и габаритов указанный прибор не позволяет оперативно производить изменение направления наблюдения и подсветки движущихся объектов.

Задачей настоящего изобретения является увеличение дальности наблюдения объектов в условиях низкой освещенности путем создания возможности одновременной работы визирного ночного канала прибора и канала подсветки и расширение функциональных возможностей прибора за счет оперативного изменения направления наблюдения, целеуказания и подсветки без изменения положения самого прибора.

Сущность изобретения заключается в том, что прибор для дневного и ночного наблюдения, имеющий визирный канал и первый канал подсветки для целеуказания объектов, в котором визирный канал включает в себя оптически связанные окуляр, оптический модуль и объектив, при этом оптический модуль содержит дневной канал и ночной канал, выполненный в виде усилителя яркости изображения, установленные с возможностью поочередного ввода в визирный канал, а первый канал подсветки для целеуказания объектов включает в себя оптически связанные первый излучатель, первую формирующую оптическую систему и объектив, в качестве которого используется объектив визирного канала, в отличие от прототипа содержит первое поворотное зеркало, кинематически связанное с первым исполнительным механизмом и оптически связанное с визирным каналом и первым каналом подсветки для целеуказания объектов, первый блок управления и второй канал подсветки объектов, включающий в себя оптически связанные второй излучатель, вторую формирующую оптическую систему и второе поворотное зеркало, кинематически связанное со вторым исполнительным механизмом, второй блок управления, при этом вход и выход первого исполнительного механизма соединены с выходом и входом первого блока управления соответственно, вход и выход второго исполнительного механизма соединены с выходом и первым входом второго блока управления соответственно, а второй вход второго блока управления соединен с выходом первого исполнительного механизма.

Наличие в приборе первого поворотного зеркала, кинематически связанного с первым исполнительным механизмом и оптически связанного с визирным каналом и первым каналом подсветки для целеуказания, а также наличие первого блока управления, вход и выход которого соединены с выходом и входом первого исполнительного механизма, позволяет дистанционно управлять положением первого поворотного зеркала и, соответственно, изменять направление наблюдения и целеуказания прибора без изменения положения самого прибора.

Введение второго канала подсветки объектов, включающего в себя оптически связанные второй излучатель, вторую формирующую оптическую систему и второе поворотное зеркало, кинематически связанное с вторым исполнительным механизмом, второй блок управления, обеспечивает подсветку объектов в условиях низкой освещенности. Так как второй канал подсветки объектов не имеет общих с визирным каналом оптических элементов, это позволяет подсветить объект без попадания излучения подсветки, отраженного от оптических элементов прибора обратно в визирный канал. Отсутствие помех от излучения подсветки позволяет наблюдать подсвеченные объекты в визирный ночной канал, что увеличивает дальность наблюдения в условиях низкой освещенности.

При этом даже при фоновой освещенности объектов, равной нулю, дальность наблюдения с использованием визирного ночного канала с подсветкой объектов излучением второго канала подсветки составляет несколько километров.

Второй излучатель и вторая формирующая оптическая система формируют пучок излучения подсветки с заданной диаграммой направленности, а второе поворотное зеркало направляет пучок излучения подсветки на объект наблюдения.

При этом второй исполнительный механизм, кинематически связанный с вторым поворотным зеркалом, и второй блок управления, выход и первый вход которого соединены с входом и выходом второго исполнительного механизма соответственно, а второй вход соединен с выходом первого исполнительного механизма, позволяют передавать электрические сигналы, соответствующие положению первого поворотного зеркала на блок управления второго поворотного зеркала, что позволяет изменять дистанционно направление пучка излучения второго канала подсветки прибора без изменения положения самого прибора и второго канала подсветки.

Соответственно, при наблюдении объектов в визирный канал с использованием ночного канала и второго канала подсветки кинематические связи обоих зеркал с исполнительными механизмами и электрические связи исполнительных механизмов с блоками управления позволяют производить наблюдение и подсветку без изменения положения самого прибора и обеспечивают слежение второго поворотного зеркала за первым зеркалом таким образом, что обеспечивается освещение объекта, наблюдаемого в визирный ночной канал, пучком излучения второго канала подсветки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена блок-схема прибора для дневного и ночного наблюдения.

На фиг.2 представлена структурно-функциональная схема первого блока управления.

На фиг.3 представлена структурно-функциональная схема второго блока управления.

Прибор для дневного и ночного наблюдения (фиг.1) содержит оптически связанные визирный канал 1 и первое поворотное зеркало 2, кинематически связанное с первым исполнительным механизмом 3, первый канал подсветки 4 для целеуказания объектов, также оптически связанный с первым поворотным зеркалом 2, первый блок управления 5, второй канал подсветки 6 объектов.

Визирный канал 1 включает в себя оптически связанные окуляр 7, оптический модуль 8, содержащий дневной канал 9 и ночной канал 10, установленные с возможностью поочередного ввода в визирный канал, и объектив 11.

Первый канал подсветки 4 для целеуказания объектов включает в себя оптически связанные первый излучатель 12, первую формирующую оптическую систему 13 и объектив, в качестве которого используется объектив 11 визирного канала.

Второй канал подсветки 6 объектов включает в себя оптически связанные второй излучатель 14, вторую формирующую оптическую систему 15 и второе поворотное зеркало 16, кинематически связанное с вторым исполнительным механизмом 17, второй блок управления 18.

При этом вход и выход первого исполнительного механизма 3 соединены с выходом и входом первого блока управления 5 соответственно, вход и выход второго исполнительного механизма 17 соединены с выходом и первым входом второго блока управления 18 соответственно, а второй вход второго блока управления 18 соединен с выходом первого исполнительного механизма 3, причем положение первого поворотного зеркала 2 обеспечивает наблюдение объекта в визирный канал 1, а второе поворотное зеркало 16 расположено так, что обеспечивает освещение объекта, наблюдаемого в визирный канал 1, пучком излучения второго канала подсветки 6.

Визирный канал 1 с введенным дневным каналом 9 оптического модуля 8 имеет два дискретных поля зрения, узкое (с увеличением 14^X и полем зрения 4°) и широкое (с увеличением 3,4^X и полем зрения 15°), а с введенным ночным каналом - одно поле зрения (увеличение 5^X и поле зрения 10°). Окуляр 7 визирного канала 1 рассчитан для работы совместно с глазом оператора и имеет увеличение 6-12^X. В качестве усилителя яркости изображения ночного канала 10 использован электронно-оптический преобразователь. Объектив 11 имеет входной зрачок диаметром 105 мм и фокусное расстояние 150 мм.

Первый исполнительный механизма 3 предназначен для преобразования электрических сигналов от первого блока управления 5 в механическое изменение положения первого поворотного зеркала 2 и для выдачи на блоки управления электрических сигналов, соответствующих угловому положению первого поворотного зеркала 2. Он включает в себя:

- электродвигатель, ротор которого находится на оси вращения поворотного зеркала, а статор закреплен неподвижно в корпусе прибора; при подаче на электродвигатель электрических сигналов от первого блока управления 5 ротор вращается и поворачивает первое поворотное зеркало 2;

- датчик положения первого поворотного зеркала 2, шкив которого находится на оси вращения датчика и кинематически связан ременной передачей со шкивом, находящимся на оси поворотного зеркала 2; при вращении первого поворотного зеркала 2 датчик вырабатывает электрические сигналы, соответствующие положению зеркала.

Первое и второе поворотные зеркала 2 и 16 представляют собой плоские зеркала, имеющие оси вращения, установленные в подшипниках в корпусе.

В качестве первого излучателя 12 первого канала подсветки 4 для целеуказания объектов использован непрерывный твердотельный лазер с длиной волны излучения 1,064 мкм. Первая формирующая оптическая система 13, включающая вращающийся диск с чередующимися прозрачными и непрозрачными областями, который выполняет пространственную и временную модуляцию излучения, и объектив 11 создают в пространстве вне прибора пучок излучения с определенными диаграммой направленности и пространственной и временной модуляцией, предназначенной для управления снарядом.

В качестве второго излучателя 14 второго канала подсветки 6 объектов использовали непрерывный полупроводниковый лазер с длиной волны излучения 0,8 мкм. Вторая формирующая оптическая система 15 представляет собой оптическую систему, преобразующую пучок излучения полупроводникового лазера с угловой расходимостью ˜12°×43° (по уровню 0,5 от максимального значения мощности излучения) по взаимно перпендикулярным направлениям в пучок излучения с расходимостью 1,5°×0,75° по взаимно перпендикулярным направлениям в пространстве вне прибора.

Второе поворотное зеркало 16, кинематически связанное с вторым исполнительным механизмом 17, а оптически связанное со вторым излучателем 14 и второй формирующей оптической системой 15, позволяет направлять пучок излучения второго канала подсветки 6 на объекты, наблюдаемые в визирный канал без изменения положения самого прибора и второго канала подсветки.

Второй исполнительный механизм 17 предназначен для преобразования электрических сигналов от второго блока управления 18 в механическое изменение положения второго поворотного зеркала 16 и для выдачи электрических сигналов, соответствующих угловому положению второго поворотного зеркала 16. Он включает в себя:

- электродвигатель, ротор которого находится на оси вращения поворотного зеркала 16, а статор закреплен неподвижно в корпусе прибора; при подаче на электродвигатель электрических сигналов от второго блока управления 18, ротор вращается и поворачивает второе поворотное зеркало 16;

- датчик положения второго поворотного зеркала 16, шкив которого находится на оси вращения датчика и кинематически связан ременной передачей со шкивом, находящимся на оси вращения поворотного зеркала 16; при вращении второго поворотного зеркала 16 датчик вырабатывает электрические сигналы, соответствующие положению зеркала 16.

Первый блок управления 5 предназначен для формирования электрических сигналов для управления первым исполнительным механизмом 3 и, соответственно, для управления положением первого поворотного зеркала 2 и содержит (Фиг.2) последовательно соединенные следующие функциональные блоки:

- фазочувствительный механизм (ФЧМ) 19, который преобразует сигнал переменного напряжения с первого исполнительного механизма 3, соответствующий положению первого поворотного зеркала 2, в сигнал постоянного напряжения;

- усилительно-корректирующее устройство (УКУ) 20, в котором производится частотнозависимая коррекция сигнала с ФЧМ 19 и его усиление;

- усилитель мощности (УМ) 21, в котором преобразуется слаботочный сигнал с УКУ 20 в мощный токовый, с помощью которого и производится управление первым исполнительным механизмом 3.

Второй блок управления 18 предназначен для формирования электрических сигналов для управления вторым исполнительным механизмом 17 и, соответственно, для управления положением второго поворотного зеркала 16. Он содержит (см. фиг.3) последовательно соединенные функциональные блоки:

- сумматор 22 электрических сигналов с исполнительных механизмов 3 и 17, соответствующих положениям первого поворотного зеркала 2 и второго поворотного зеркала 16, предназначенный для выработки разностного электрического сигнала;

- функциональные блоки ФЧМ 23, УКУ 24, УМ 25, аналогичные функциональным блокам ФЧМ 19, УКУ 20, УМ 21 первого блока управления 5.

При наблюдении объектов в визирный канал с использованием ночного канала 10 и второго канала подсветки 6 кинематические связи обоих зеркал 2, 16 с исполнительными механизмами 3, 17 и их электрические связи с блоками управления 5, 18 обеспечивают в любой момент времени как установку углового положения первого поворотного зеркала 2 для наблюдения объекта в визирный ночной канал, так и установку углового положения второго поворотного зеркала 16 таким образом, что обеспечивается освещение объекта, наблюдаемого в визирный ночной канал, пучком излучения второго канала подсветки 6.

Прибор для дневного и ночного наблюдения работает следующим образом.

В дневных условиях оператор производит наблюдение местности в визирный канал 1 с включенным дневным каналом 9. Для обнаружения и наблюдения объектов оператор с внешнего пульта управления подает команду на первый блок управления 5, формирующий электрические сигналы для первого исполнительного механизма 3, который изменяет положение первого поворотного зеркала 2. Таким образом, оператор меняет направление наблюдения и наводит на объект визирный канал 1 и первый канал подсветки 4 для целеуказания. После этого оператор включает первый канал подсветки 4 для целеуказания, и в направлении объекта создается пучок излучения с определенной диаграммой направленности и пространственной и временной модуляцией, предназначенной для управления снарядом.

В ночных условиях оператор производит наблюдение и обнаружение объекта в визирный канал 1 с включенным ночным каналом 10. Для обнаружения и наблюдения объектов оператор с внешнего пульта управления подает команду на первый блок управления 5, формирующий электрические сигналы для первого исполнительного механизма 3, который изменяет положение первого поворотного зеркала 2. Таким образом, оператор меняет направление наблюдения и наводит на объект визирный канал 1. В условиях низкой освещенности, когда включенный ночной канал 10 в пассивном режиме не позволяет распознать объект, оператор включает второй канал подсветки 6 объектов. При этом излучателем 14 с второй формирующей оптической системой 15 создается пучок излучения с определенной диаграммой направленности и включается второй блок управления 18 с вторым исполнительным механизмом 17. На второй блок управления 18 поступают электрические сигналы от первого 3 и от второго 17 исполнительного механизмов. Второй блок управления 18 вырабатывает электрический сигнал управления для второго исполнительного механизма 17, пропорциональный разности электрических сигналов от первого 3 и от второго 17 исполнительного механизмов. Этот электрический сигнал управления поступает на второй исполнительный механизм 17, который поворачивает второе поворотное зеркало 16 в такое положение, что зеркало 16 будет направлять пучок излучения второго канала подсветки 6 на объект, наблюдаемый в визирный канал 1 с включенным ночным каналом 10. В этом положении зеркала 16 электрический сигнал управления для второго исполнительного механизма 17, пропорциональный разности электрических сигналов от первого 3 и от второго 17 исполнительного механизмов, будет равен нулю. Зеркало 16 останавливается в этом положении, и объект подсвечивается излучением второго канала подсветки 6 объектов. Даже при фоновой освещенности объектов, равной нулю, дальность наблюдения с использованием визирного ночного канала 10 с подсветкой объектов излучением второго канала подсветки 6 составляет 1-2 км, в то время как без подсветки дальность наблюдения в этих условиях практически нулевая.

При изменении положения объекта или при его движении оператор наводится на него с внешнего пульта управления изменением положения первого поворотного зеркала 2.

В этом случае кинематические связи обоих зеркал 2, 16 с исполнительными механизмами 3, 17 и электрические связи исполнительных механизмов 3, 17 с блоками управления 5, 18 обеспечивают в любой момент времени соответствующее изменение положения второго поворотного зеркала 2 таким образом, что обеспечивается освещение объекта, наблюдаемого с визирным ночным каналом 10, пучком излучения второго канала подсветки 6.

Таким образом, прибор для дневного и ночного наблюдения обеспечивает как увеличение дальности наблюдения объектов в условиях низкой освещенности путем создания возможности одновременной работы визирного ночного канала прибора и канала подсветки, так и расширение функциональных возможностей прибора за счет оперативного изменения направления наблюдения, целеуказания и подсветки без изменения положения самого прибора.

Источники информации

1. Патент WO 9711399 А1, МПК G02В 23/12.

2. Патент BY 4273 С1, МПК G02В 23/12 (прототип).

Заявленное изобретение относится к приборам дневного и ночного наблюдения. Устройство содержит: визирный канал, первый канал подсветки для целеуказания объектов, первое поворотное зеркало, кинематически связанное с первым исполнительным механизмом и оптически связанное с визирным каналом и первым каналом подсветки для целеуказания объектов, первый блок управления и второй канал подсветки объектов, включающий в себя оптически связанные второй излучатель, вторую формирующую оптическую систему и второе поворотное зеркало, кинематически связанное со вторым исполнительным механизмом, второй блок управления, при этом вход и выход первого исполнительного механизма соединены с выходом и входом первого блока управления соответственно, вход и выход второго исполнительного механизма соединены с выходом и первым входом второго блока управления соответственно, а второй вход второго блока управления соединен с выходом первого исполнительного механизма. Технический результат: обеспечение возможности одновременной работы визирного ночного канала прибора и канала подсветки, оперативное изменение направления наблюдения, целеуказания и подсветки без изменения положения самого прибора. 3 ил.

Прибор для дневного и ночного наблюдения, имеющий визирный канал и первый канал подсветки для целеуказания объектов, в котором визирный канал включает в себя оптически связанные окуляр, оптический модуль и объектив, при этом оптический модуль содержит дневной канал и ночной канал, выполненный в виде усилителя яркости изображения, установленные с возможностью поочередного ввода в визирный канал, а первый канал подсветки для целеуказания объектов включает в себя оптически связанные первый излучатель, первую формирующую оптическую систему и объектив, в качестве которого используется объектив визирного канала, отличающийся тем, что содержит первое поворотное зеркало, кинематически связанное с первым исполнительным механизмом и оптически связанное с визирным каналом и первым каналом подсветки для целеуказания объектов, первый блок управления и второй канал подсветки объектов, включающий в себя оптически связанные второй излучатель, вторую формирующую оптическую систему и второе поворотное зеркало, кинематически связанное со вторым исполнительным механизмом, второй блок управления, при этом вход и выход первого исполнительного механизма соединены с выходом и входом первого блока управления соответственно, вход и выход второго исполнительного механизма соединены с выходом и первым входом второго блока управления соответственно, а второй вход второго блока управления соединен с выходом первого исполнительного механизма.