ЛАЗЕРНЫЙ БИНОКЛЬ-ДАЛЬНОМЕР Российский патент 2012 года по МПК G01C3/08 G02B23/02 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.

Известен лазерный бинокль-дальномер, содержащий канал излучателя, включающий лазерный излучатель с передающим объективом, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, измеритель временных интервалов с дисплеем и двухканальный (бинокулярный) визир, состоящий из двух параллельных визирных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр. Для сокращения габаритов устройства в этот лазерный дальномер введен спектроделительный элемент, позволяющий совместить один из визирных каналов с приемным каналом, разделяя по спектральному составу излучение, собираемое объективом одной из визирных трубок, между окуляром (видимое излучение) и фотоприемным устройством (излучение с длиной волны лазера) [1].

В таком бинокле-дальномере затруднено компактное размещение его основных устройств и существуют повышенные энергетические потери в спектроделительном элементе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является лазерный бинокль-дальномер, описанный в [2].

Этот лазерный бинокль-дальномер, содержит бинокулярный визир, состоящий из двух параллельных зрительных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр, канал излучателя, включающий лазерный излучатель с оптической системой, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, совмещенным с объективом одной из визирных трубок, измеритель временных интервалов с дисплеем для отображения результатов измерений и данных о состоянии устройства, по два параллельных наклонных зеркала, расположенных в каждой зрительной трубке между ее объективом и окуляром и ломающими оптические оси каждой зрительной трубок в направлении другой зрительной трубки, причем, по крайней мере, в одной из трубок первое наклонное зеркало, расположенное ближе к объективу, представляет собой спектроделительный элемент, отражающий видимое излучение в направлении второго наклонного зеркала и пропускающий излучение с длиной волны лазерного излучателя в направлении фотоприемного устройства, а второе наклонное зеркало смещено относительно первого и отражает видимое излучение в сторону окуляра.

Такому построению лазерного бинокля-дальномера присущи недостатки - встречное направление изломов визирных трубок, образуемых наклонными зеркалами, требует введения дополнительных устройств для регулирования межокулярного расстояния, которые не только делают более громоздкими окулярные узлы визирных трубок, но и усложняют всю оптическую схему и конструкцию бинокля ввиду необходимости удлинения оптических отрезков после второго наклонного зеркала и введения требующихся для этого оптических элементов. По этим же причинам уменьшается и светопропускание визирного и приемного каналов.

Задачей изобретения является сокращение габаритов лазерного бинокля-дальномера при максимальном светопропускание его оптических каналов.

Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном бинокле-дальномере, содержащем бинокулярный визир, состоящий из двух параллельных зрительных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр, а одна из трубок имеет сетку с прицельной маркой, канал излучателя, включающий лазерный излучатель с оптической системой, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, совмещенным с объективом одной из визирных трубок, измеритель временных интервалов с дисплеем, по два параллельных наклонных зеркала, расположенных в каждой зрительной трубке между ее объективом и окуляром, причем, по крайней мере, в одной из трубок первое наклонное зеркало, расположенное ближе к объективу, представляет собой спектроделительный элемент, отражающий видимое излучение в направлении второго наклонного зеркала и пропускающий излучение с длиной волны лазерного излучателя в направлении фотоприемного устройства, а второе наклонное зеркало смещено относительно первого и отражает видимое излучение в сторону окуляра, в каждой зрительной трубке оборачивающая система выполнена в виде призменной оборачивающей системы Пехана, установленной между объективом и первым наклонным зеркалом, сетка установлена в зрительной трубке, сопряженной с фотоприемным устройством, сетка, наклонные зеркала и фотоприемное устройство выполнены в виде моноблока, устанавливаемого так, чтобы прицельная марка и чувствительная площадка фотоприемного устройства находились в фокусе объектива визирной трубки, наклонные зеркала установлены так, чтобы оптические оси обеих зрительных трубок после первого наклонного зеркала были перпендикулярны плоскости, проходящей через оптические оси объективов этих трубок, а окуляр и наклонные зеркала зрительной трубки, не содержащей сетку, имеют возможность вращения вокруг оптической оси объектива этой трубки так, чтобы расстояние между окулярами регулировалось в пределах заданного диапазона межзрачковых расстояний.

Для повышения компактности и эргономичности конструкции между первым наклонным зеркалом и фотоприемным устройством может быть введен дефлектор, отклоняющий оптическую ось приемного канала в сторону чувствительной площадки фотоприемного устройства, размещаемого из условия наиболее плотной компоновки.

Для обеспечения необходимого фокусного расстояния объектива приемного канала перед чувствительной площадкой фотоприемного устройства может быть введен отрицательный оптический компонент.

Для создания необходимой диаграммы направленности приемного канала перед чувствительной площадкой фотоприемного устройства может быть введена полевая диафрагма, сопряженная с прицельной маркой.

Второе наклонное зеркало одной из зрительных трубок может представлять собой спектроделительный элемент, пропускающий излучение с длиной волны дисплея и отражающий остальное излучение видимого спектра, а дисплей установлен за этим зеркалом и снабжен микрообъективом, создающим изображение дисплея в фокальной плоскости окуляра этой трубки.

Между оптической системой лазерного излучателя и объективом приемного канала может быть введен дефлектор, например призма, отклоняющий часть зондирующего излучения лазера в приемный канал.

Габариты оборачивающей системы могут быть уменьшены, если в каждой зрительной трубке между объективом и оборачивающей системой введен отрицательный оптический компонент, а между оборачивающей системой и первым наклонным зеркалом введен положительный оптический компонент.

На Фиг.1 и Фиг 2 представлены варианты оптической схемы бинокля-дальномера. На Фиг.3 приведена функциональная схема бинокля-дальномера. Фиг.4 иллюстрирует устройство и работу механизма регулирования межокулярного расстояния бинокулярного визира (вид со стороны окуляров).

Бинокль-дальномер (Фиг.1) содержит визирный канал, состоящий из двух параллельных визирных трубок, включающих объективы 1а и 1б, призменные оборачивающие системы Пехана 2а и 2б и окуляры 3а и 3б. Канал излучателя состоит из лазерного излучателя 4 и оптической системы 5, формирующей пучок выходного излучения, параллельный оптическим осям визирных трубок. Приемный канал состоит из фотоприемного устройства 6 и объектива 1а. В каждой из визирных трубок между оборачивающими системами и окулярами расположены параллельные наклонные зеркала 7а, 8а и 7б, 8б. В фокальной плоскости объектива 1а установлена сетка 9 с прицельной маркой, сопряженной с чувствительной площадкой фотоприемного устройства 6. Плоскость сетки совпадает с фокальной плоскостью окуляра 3а. В фокальную плоскость окуляра 3б сквозь наклонное зеркало 8б, прозрачное для излучения дисплея 10, проецируется его изображение с помощью микрообъектива 11. Дефлектор 12 служит для излома оптической оси приемного канала в направлении размещения фотоприемного устройства и связанных с ним элементов оптической схемы - отрицательного компонента 13, за счет телескопического эффекта, удлиняющего эффективное фокусное расстояние объектива 1а, и узкополосного фильтра 14, ослабляющего влияние фона. На место чувствительной площадки фотоприемного устройства можно поместить полевую диафрагму, обеспечивающую необходимое поле зрения приемного канала. Чувствительная площадка в этом случае располагается после полевой диафрагмы. При этом отрицательный компонент 13 не обязателен. Призма 15, установленная между оптическими системами передающего и приемного каналов, служит для ответвления на фотоприемное устройство 6 части зондирующего излучения лазера 4. Наклонные зеркала 7а и 8а, сетка 9, дефлектор 12, отрицательный компонент 13, фильтр 14 и фотоприемное устройство 6 конструктивно образуют жесткий моноблок 16. На Фиг.1 наклонные зеркала и связанные с ними элементы бинокля-дальномера условно повернуты на 90°. На Фиг.2 показан вариант бинокля дальномера с отрицательными 17а и 17б и положительными 18а и 18б оптическими компонентами, установленными по обе стороны оборачивающих систем 2а и 2б. Это позволяет сузить пучок лучей, проходящих через оборачивающую систему и, тем самым, уменьшить ее габариты.

Устройство работает следующим образом. На выбранную цель наводят заданную прицельной маркой 9 ось визирного канала, параллельную оптическим осям канала излучателя и приемного канала. После этого включают лазер 4, импульс излучения которого с помощью оптической системы 5 направляется в сторону цели. Часть этого зондирующего излучения («старт») с помощью призмы 15 ответвляется на фотоприемное устройство 6, регистрирующее момент времени излучения лазера Т₀. Отраженное целью излучение («стоп») собирается приемным объективом 1а и также подается на фотоприемное устройство, регистрирующее момент прихода этого излучения Т (фиг.2). По временной задержке ΔТ=Т-Т₀ с помощью измерителя временных интервалов (ИВИ) определяют дальность R до цели по формуле R=cΔT/2, где с - скорость света [3]. Результат измерения отображают на дисплее 10, наблюдаемом в левом окуляре 3б. Для согласования межокулярного расстояния (базы В бинокулярного визира) со своим межзрачковым расстоянием оператор поворачивает левый окуляр (Фиг.3) на угол α/2, обеспечивающий необходимое значение этого параметра. Исходное (вертикальное) положение левого окуляра соответствует средней величине межзрачкового расстояния В=(B_min+B_max)/2. Для заданных ГОСТом [5] пределов межзрачкового расстояния от B_min=58 мм до B_max=72 мм исходная база В=65 мм. При регулировании межокулярного расстояния в указанных пределах необходимо отклонять окуляр на угол ±α_max/2. При заданных пределах этот угол определяется выражением

α_max/2=arctg(B_max-B)/h=arctg(B-B_min)/h,

где h - расстояние между наклонными зеркалами.

Например, при h=25 мм и ΔВ=B_max-В=72-65=7 мм, максимальный угол

α_max/2=arctg7/25=15°. При этом вертикальное перемещение окуляра составит h[1-Cos(α_max/2)]=25(1-Cos15°)=0,85 мм, что соответствует требованиям [5].

При таком построении лазерного дальномера сохраняется основное достоинство ближайшего аналога [2] - спектроделительный элемент (интерференционное многослойное покрытие, нанесенное на прозрачную пластинку) пропускает монохроматическое лазерное излучение и отражает широкополосное излучение видимого спектра. При этом по сравнению с распространенными дальномерами [4], имеющими спектроделительный элемент, работающий в противоположном режиме отражения-пропускания, предлагаемое решение обеспечивает более высокое светопропускание в визирном и приемном каналах и меньшее окрашивание изображения в окуляре, что особенно существенно для бинокулярного визира.

Кроме этого, предлагаемое решение имеет ряд других преимуществ, в том числе, по сравнению с ближайшим аналогом.

Благодаря отличиям предлагаемого изобретения существенно сокращается длина зрительной трубки и, соответственно, длина бинокля дальномера.

Тесная компоновка узлов моноблока 16 обеспечивает его компактность, высокую точность сопряжения прицельной марки с чувствительной площадкой фотоприемного устройства и надежную сохраняемость этого параметра в условиях эксплуатации.

Функциональная разгруженность второй пары наклонных зеркал и работа второго зеркала 8б на пропускание для излучения индикатора обеспечивает компактность размещения дисплея 10 и высокое качество индикации данных в левом окуляре без ущерба для качества наблюдаемого в визир изображения местности.

Вертикальное расположение колена h, образуемого зеркалами 7б и 8б, позволяет плавно регулировать межокулярное расстояние в широких пределах - от 58 до 72 мм и шире с помощью простейшего механизма, что также положительно сказывается на габаритах и удобстве пользования устройством.

Таким образом, указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: сокращение габаритов лазерного бинокля-дальномера при максимальном светопропускании его оптических каналов.

Источники информации

1. Патент США №7271954 от 18 сентября 2007 г., кл. США 359/407.

2. Патент РФ №2381445 от 24.10.2008 - прототип.

3. В.А.Волохатюк, В.М.Кочетков, P.P.Красовский. "Вопросы оптической локации". Изд. "Советское радио", М., 1971 г.

4. Лазерный прибор разведки ЛПР-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Г36.48.069 ТО.

5. ГОСТ 7048-81. Бинокли. Типы и основные параметры. Общие технические требования.

Устройство содержит бинокулярный визир, состоящий из двух параллельных зрительных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр. Одна из трубок имеет сетку с прицельной маркой. Канал излучателя включает лазерный излучатель с оптической системой. Приемный канал включает фотоприемное устройство с приемным объективом. Приемный объектив совмещен с объективом одной из визирных трубок. В каждой зрительной трубке расположено по два параллельных наклонных зеркала. В одной из трубок первое наклонное зеркало, расположенное ближе к объективу, представляет собой спектроделительный элемент. Второе наклонное зеркало смещено относительно первого и отражает видимое излучение в сторону окуляра. Оборачивающие системы выполнены в виде призменных оборачивающих систем Пехана. Сетка установлена в зрительной трубке, сопряженной с фотоприемным устройством. Сетка, наклонные зеркала и фотоприемное устройство выполнены в виде моноблока. Окуляр и наклонные зеркала зрительной трубки, не содержащей сетку, имеют возможность вращения вокруг оптической оси объектива этой трубки. Технический результат - сокращение габаритов лазерного бинокля-дальномера при максимальном светопропускании его оптических каналов. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лазерный бинокль-дальномер, содержащий бинокулярный визир, состоящий из двух параллельных зрительных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр, а одна из трубок имеет сетку с прицельной маркой, канал излучателя, включающий лазерный излучатель с оптической системой, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, совмещенным с объективом одной из визирных трубок, измеритель временных интервалов с дисплеем, по два параллельных наклонных зеркала, расположенных в каждой зрительной трубке между ее объективом и окуляром, причем, по крайней мере, в одной из трубок первое наклонное зеркало, расположенное ближе к объективу, представляет собой спектроделительный элемент, отражающий видимое излучение в направлении второго наклонного зеркала и пропускающий излучение с длиной волны лазерного излучателя в направлении фотоприемного устройства, а второе наклонное зеркало смещено относительно первого и отражает видимое излучение в сторону окуляра, отличающийся тем, что в каждой зрительной трубке оборачивающая система выполнена в виде призменной оборачивающей системы Пехана, установленной между объективом и первым наклонным зеркалом, сетка установлена в зрительной трубке, сопряженной с фотоприемным устройством, сетка, наклонные зеркала и фотоприемное устройство выполнены в виде моноблока, устанавливаемого так, чтобы прицельная марка и чувствительная площадка фотоприемного устройства находились в фокусе объектива визирной трубки, наклонные зеркала установлены так, чтобы оптические оси обеих зрительных трубок после первого наклонного зеркала были перпендикулярны плоскости, проходящей через оптические оси объективов этих трубок, а окуляр и наклонные зеркала зрительной трубки, не содержащей сетку, имеют возможность вращения вокруг оптической оси объектива этой трубки так, чтобы расстояние между окулярами регулировалось в пределах заданного диапазона межзрачковых расстояний.

2. Лазерный бинокль-дальномер по п.1, отличающийся тем, что между первым наклонным зеркалом и фотоприемным устройством введен дефлектор, отклоняющий оптическую ось приемного канала в сторону чувствительной площадки фотоприемного устройства.

3. Лазерный бинокль-дальномер по п.1, отличающийся тем, что перед чувствительной площадкой фотоприемного устройства введен отрицательный оптический компонент.

4. Лазерный бинокль-дальномер по п.1, отличающийся тем, что перед чувствительной площадкой фотоприемного устройства введена полевая диафрагма, сопряженная с прицельной маркой.

5. Лазерный бинокль-дальномер по п.1, отличающийся тем, что второе наклонное зеркало одной из зрительных трубок представляет собой спектроделительный элемент, пропускающий излучение с длиной волны дисплея и отражающий остальное излучение видимого спектра, а дисплей установлен за этим зеркалом и снабжен микрообъективом, создающим изображение дисплея в фокальной плоскости окуляра этой трубки.

6. Лазерный бинокль-дальномер по п.1, отличающийся тем, что между оптической системой лазерного излучателя и объективом приемного канала введен дефлектор, например призма, отклоняющий часть зондирующего излучения лазера в приемный канал.

7. Лазерный бинокль-дальномер по п.1, отличающийся тем, что в каждой зрительной трубке между объективом и оборачивающей системой введен отрицательный оптический компонент, а между оборачивающей системой и первым наклонным зеркалом введен положительный оптический компонент.