УСТРОЙСТВО ПЕЛЕНГАЦИИ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G01S3/78 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, к оптическим устройствам пеленгации источников лазерного излучения, таких как дальномер либо целеуказатель, и может быть использовано в оптических системах самозащиты подвижных объектов военной техники от управляемого оружия путем постановки оптических либо других помех в направлении угрозы.

Известны устройства пеленгации оптического излучения, основанные на использовании секторного обзора контролируемого пространства [1, 2, 3, 4]. Они содержат оптическую систему и наборы фотоприемников, обеспечивающих просмотр поля зрения отдельными участками-секторами.

Недостатком этих устройств является необходимость применения большого количества фотоприемников и устройств обработки сигналов, что делает устройство громоздким, сложным и ненадежным в эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для определения направления излучения, использующее системы двоичного кода Грея [5].

Здесь число разрешаемых дискретов (положений источников излучения) равно 2²ⁿ, где n - число оптико-электронных каналов.

Каждый канал формирует сигнал соответствующего разряда кода. Устройство состоит из широкоугольной оптической системы (объектива), в фокальной плоскости которой установлены 2n кодирующих «масок-фотоприемников» системы двоичного кода Грея, из них n масок выполнены в виде светлых штрихов на темном поле и n масок зеркальных им: темных штрихов на светлом поле.

Недостатками таких устройств является следующее.

1. Необходимость установки чувствительных площадок фотоприемников на одной подложке, что затрудняет их гальваническую разводку и снижает устойчивость к электро-магнитным наводкам.

2. Значительный рассеянный свет, обусловленный попаданием в устройство излучения, находящегося за пределами поля зрения.

3. Ограниченное угловое поле зрения, менее 45°.

4. Погрешности определения координат, обусловленные наличием дисторсии оптической системы.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехоустойчивости, точности и достоверности выдачи данных о местоположении этих источников в просматриваемом поле зрения.

Для решения поставленной задачи предложено устройство пеленгации точечного источника оптического излучения, которое, как и прототип, содержит оптическую систему и 2n кодирующих «масок-фотоприемников» системы двоичного кода Грея.

В отличие от прототипа, оптическая система выполнена из n независимых идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит широкоугольный объектив, проекционную систему, кодирующую маску и приемник излучения, при этом кодирующие маски выполнены на единой плоскопараллельной пластинке и совмещены с фокусами широкоугольных объективов, а профили штрихов масок выполнены с коррекцией дисторсии этих объективов.

Кроме того, широкоугольный объектив оптического канала выполнен из плосковыпуклой линзы, установленной плоскостью к объекту и плосковогнутой линзы, плоская поверхность которой приклеена к поверхности плоскопараллельной пластинки, совмещенной с кодирующей маской, при этом радиусы кривизны R плосковыпуклой и плосковогнутой линз равны, а толщина первой линзы d₁ расстояние между линзами d₂ удовлетворяют условию:

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на плоскопараллельную пластинку наносятся n масок кода Грея по числу каналов. Каждый канал содержит широкоугольный объектив, формирующий изображение точечного источника излучения на маске. Приемники излучения не совмещены с плоскостями масок, а проекционными системами на них изображаются входные зрачки объективов. Штрихи масок искривлены в соответствии с расчетной дисторсией объектива. Все это исключает влияние дисторсии на точность измерения координат источника излучения и позволяет строить систему с неограниченным угловым полем объектива.

Применение единой плоскопараллельной пластинки с масками позволило повысить надежность конструкции, ее нерасстраиваемость, технологичность изготовления и сборки, что тем самым повышает точность измерения координат источника.

Применение плосковыпуклой и плосковогнутых линз с равными радиусами поверхностей R со значением d₁, d₂, удовлетворяющему условию:

позволяет минимизировать дисторсию, и обеспечить диаметр кружка рассеяния меньше минимального просвета штрихов кода Грея. Склейка плоской поверхности второй линзы с поверхностью плоскопараллельной пластинки позволяет упростить конструкцию объектива и минимизировать его габариты.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства пеленгации точечного источника оптического излучения; на фиг.2 показано расположение 2n оптических каналов при n=6; на фиг.3 представлен вид одной из масок: светлые штрихи на темном поле, и Приложением, в котором приведены конструктивные параметры оптической системы канала (в конце описания).

Устройство пеленгации точечного источника оптического излучения содержит оптическую систему и 2n кодирующих «масок-фотоприемников» системы двоичного кода Грея 1.

Устройство выполнено из n независимых идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит широкоугольный объектив, состоящий из апертурной диафрагмы 2, плосковыпуклой линзы 3 и плосковогнутой линзы 4, проекционную систему, состоящую из оптических компонентов 5 и 6, кодирующую маску 1 и приемник излучения 7.

Кодирующие маски выполнены на единой плоскопараллельной пластинке 8, на плоской поверхности 9 которой нанесены кодирующие «маски-фотоприемники» системы двоичного кода Грея и совмещены с фокусами широкоугольных объективов, профили штрихов масок выполнены с коррекцией дисторсии этих объективов.

Широкоугольный объектив канала выполнен из плосковыпуклой линзы 3, установленной плоскостью к объекту, и плосковогнутой линзы 4, плоская поверхность которой приклеена к поверхности плоскопараллельной пластинки 8, совмещенной с кодирующей маской 1, при этом радиусы кривизны R плосковыпуклой 3 и плосковогнутой 4 линз равны, а толщина первой линзы d₁, расстояние между линзами d₂ удовлетворяют условию:

Предлагаемое устройство пеленгации точечного источника оптического излучения работает следующим образом.

Излучение от бесконечно удаленного точечного источника в каждом канале широкоугольным объективом, состоящим из апертурной диафрагмы 2, плосковыпуклой линзы 3, плосковогнутой линзы 4, формируется на поверхности 9 плоскопараллельной пластинки 8.

На поверхности 9 нанесены маски 1, а плоская поверхность линзы 4 склеена с плоскопараллельной пластинкой 8. Апертурная диафрагма 2 с линзами 3 и 4 и проекционной системой, состоящей из оптических компонентов 5 и 6, проектируется на чувствительную площадку приемника излучения 7.

Для каждого из n оптических каналов на плоскопараллельной пластинке 8 нанесена соответствующая маска кода Грея 1. Таким образом, во всех каналах на масках строятся изображения одного и того же источника, и в каждом канале определяется с соответствующей точностью угловое положение источника оптического излучения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве пеленгации точечного источника оптического излучения выполнена коррекция дисторсии объектива при увеличенных угловых полях зрения, создана нерасстраиваемая конструкция устройства из n независимых каналов. Это позволяет повысить точность и надежность измерения углового положения точечного источника.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. США патент № 3699341, МПК G01Т, опубл. 17.10.1972 г.

2. ФРГ заявка № 2554846, МПК G01S 3/78, опубл. 08.07.1976 г.

3. RLI laser warning device, "International Defense Review", v.10, №3, 1977 г., p. 551.

4. Орлов B.A. Лазеры в военной технике. - М.: Военное изд-во МО СССР, 1976 г., с.148.

5. США патент № 3440426, МПК G01S 3/78; G02В 13/14, НКИ: 250-209, опубл. 01.05.1969 г. - прототип.

Конструктивные параметры оптической схемы канала     материал световые размеры R₁= d₁=1,2 ТФ10   R₂=-1,224 d₂=1,34     R₃=-1,224 d₃=0,4 K8   R₄= d₄=0,8 К8   R₅= d₅=2,5 селенид цинка   R₆=-4,786 d₆=5,56     R₇= d₇=1,1 ТФ10   R₈=220,14 d₈=11,45     R₉=16,558 d₉=2,4 ТФ10   R₁₀=-17,338 d₁₀=0,1     R₁₁=30,55 d₁₁=1,8 ТФ10   R₁₂=-18,45      

λ_раб=0,546 мкм

Основные параметры схемы

Объектив (2, 3, 4)-f'=1,61 мм

Угловое поле 2ω=90°.

Использование: в области оптического приборостроения, в оптических устройствах пеленгации источников лазерного излучения, а также в оптических системах самозащиты подвижных объектов военной техники от управляемого оружия путем постановки оптических либо других помех в направлении угрозы. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости, точности и достоверности выдачи данных о местоположении источников оптического излучения в просматриваемом поле зрения. Сущность: в устройстве пеленгации точечного источника оптического излучения, содержащем оптическую систему, 2n кодирующих «масок-фотоприемников» системы двоичного кода Грея, оптическая система выполнена из n независимых идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит широкоугольный объектив, проекционную систему, кодирующую маску и приемник излучения, при этом кодирующие маски выполнены на единой плоскопараллельной пластинке и совмещены с фокусами широкоугольных объективов, а профили штрихов масок выполнены с коррекцией дисторсии этих объективов. Кроме того, широкоугольный объектив канала выполнен из плосковыпуклой линзы, установленной плоскостью к объекту и плосковогнутой линзы, плоская поверхность которой приклеена к поверхности плоскопараллельной пластинки, совмещенной с кодирующей маской, при этом радиусы кривизны R плосковыпуклой и плосковогнутой линз равны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство пеленгации точечного источника оптического излучения, содержащее оптическую систему, n кодирующих масок и фотоприемников системы двоичного кода Грея, отличающееся тем, что оптическая система выполнена из n независимых идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит широкоугольный объектив, при этом кодирующие маски двоичного кода Грея выполнены на единой плоскопараллельной пластинке, на плоской поверхности которой нанесены указанные кодирующие маски и фотоприемники и совмещены с фокусами широкоугольных объективов, причем профили штрихов кодирующих масок двоичного кода Грея выполнены с коррекцией дисторсии этих объективов, кроме того, широкоугольный объектив каждого оптического канала состоит из апертурной диафрагмы, выполненной из плосковыпуклой линзы, установленной плоскостью к точечному источнику оптического излучения, и плосковогнутой линзы, плоская поверхность которой приклеена к поверхности плоскопараллельной пластинки, совмещенной с соответствующими кодирующей маской кода Грея и фотоприемником, при этом излучение от точечного источника оптического излучения в каждом оптическом канале проектируется с помощью апертурной диафрагмы и проекционной системы на чувствительную площадку соответствующего фотоприемника системы двоичного кода Грея, с обеспечением построения на кодирующих масках двоичного кода Грея изображения одного и того же источника оптического излучения и определения в каждом канале углового положения источника оптического излучения.

2. Устройство пеленгации точечного источника оптического излучения по п.1, отличающееся тем, что в каждом оптическом канале радиусы кривизны R плосковыпуклой и плосковогнутой линз апертурной диафрагмы широкоугольного объектива равны, а толщина первой линзы d₁ и расстояние между линзами d₂ удовлетворяют следующему условию: