СПОСОБ ВЫВЕРКИ ПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ВИЗИРНЫХ ОСЕЙ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ Российский патент 2012 года по МПК G01M11/00 G02B23/10 G01C3/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к многоканальным мультиспектральным оптико-электронным приборным комплексам с лазерными дальномерами (далее комплексы), и может найти применение при создании всесуточных систем обнаружения, наблюдения и сопровождения объектов.

Главными требованиями современных комплексов является высокая точность определения координат объектов, в том числе дальности до объекта. Дальность до объекта измеряется лазерными дальномерами, угол раствора излучения которых и, соответственно, поле зрения приемного канала дальномера составляют 2-3 угловые минуты. Такая точность для надежного измерения дальности до объекта без пропусков требует наведения на объект с точностью не хуже 1-1,5 угловой минуты. Следовательно, с такой точностью должна обеспечиваться параллельность оптических осей всех оптико-электронных модулей (ОЭМ) наведения на объекты, что является сложной технической задачей, т.к. комплексы, как правило, размещаются на подвижных носителях: бронетранспортерах, боевых машинах пехоты, танках, катерах и т.п., которые при движении из-за неровностей местности и собственных вибраций расстраивают параллельность оптических осей ОЭМ. Кроме того, на параллельность оптических осей ОЭМ сильно влияют температурные деформации конструкции комплексов.

Известно устройство для выверки параллельности оптических осей многоканальной системы (патент RU №2078460 от 19.03.1993 г.), включающее коллиматор с маркой, в котором для расширения спектрального диапазона выверки в нем применяют дополнительные коллиматоры с различными спектральными диапазонами.

Основным недостатком такого многоколлиматорного способа является невозможность сохранения параллельности оптических осей самих коллиматоров. Поэтому точность выверки определяется стабильностью сохранения параллельности оптических осей коллиматоров, что этот способ практически не обеспечивает. Кроме того, применение нескольких, по крайней мере двух, коллиматоров для работы в разных спектральных диапазонах существенно усложняет конструкцию системы выверки.

В способе выверки по патенту RU №2191971 от 27.11.2000 г. используется один зеркальный коллиматор, обеспечивающий выверку параллельности визирных осей ОЭМ в широком диапазоне спектра - от видимого до глубокого инфракрасного. Сущность предлагаемого способа выверки параллельности оптических осей заключается в том, что совмещают выверочное излучение информационного канала с выверочной меткой визирного канала, в качестве которого используют телевизионный канал. Излучение от зеркального коллиматора с диафрагмой направляют зеркально-призменной системой в тепловизионный и телевизионный каналы. Излучение информационного канала направляют в телевизионный канал. Затем выверочным компенсатором информационного канала совмещают на экране монитора телевизионного канала изображение от излучения информационного канала с изображением диафрагмы зеркального коллиматора. Прицельную марку формируют на экране монитора тепловизионного канала на месте изображения диафрагмы.

Недостатки этого способа состоят в том, что, во-первых, используется отдельный зеркальный коллиматор с системой зеркал, что вносит дополнительные погрешности при выверке и усложняет конструкцию комплекса в целом; во-вторых, выверка проводится многоступенчато в несколько шагов, что увеличивает время выверки и усложняет сам процесс выверки; в-третьих, непараллельность оптических осей компенсируется отдельным устройством, а переключение каналов выверки осуществляется механическим перемещением оптического элемента - призмы, что дополняет источники погрешностей и усложняет конструкцию.

Предлагаемый способ предназначен как для получения высокой точности выверки многоканальных мультиспектральных комплексов, так и для максимального упрощения конструкции системы выверки и сокращения времени ее проведения.

Поставленная цель достигается тем, что опорный световой поток формируют зеркальным объективом и полевой диафрагмой приемного канала лазерного дальномера и передают его на входные объективы ОЭМ с помощью нерасстраиваемых триппельпризм. Далее определяют для каждого ОЭМ координаты центра изображения диафрагмы и формируют электронные прицельные марки в соответствии с полученными координатами центра изображений диафрагмы. Использование зеркального объектива приемного канала лазерного дальномера в качестве опорного коллиматора системы выверки исключает возможность расхождения оптических осей лазерного дальномера и системы выверки, т.к. используются одни и те же оптические элементы: входной объектив и полевая диафрагма приемного канала лазерного дальномера, а также триппельпризмы, выходные лучи которых параллельны входным независимо от положения самой триппельпризмы. При этом полностью отсутствуют какие-либо механические перемещения оптических элементов - включение/выключение системы выверки осуществляют только включением/выключением подсветки диафрагмы и электронных блоков. Применение зеркального объектива в приемном канале лазерного дальномера расширяет спектральный диапазон выверки параллельности оптических осей ОЭМ от ультрафиолетового до глубокого инфракрасного диапазона.

На фиг.1 представлена оптическая схема системы выверки с телевизионным и тепловизионным ОЭМ и приемным каналом лазерного дальномера. Число ОЭМ, подключаемых к системе выверки, и их спектральные диапазоны работы определяются задачами комплекса и конструктивными требованиями. На фиг.2 с большим масштабом изображен спектроделительный узел, а на фиг.3 - примерная блок-схема комплекса, необходимая для пояснения работы системы выверки по предлагаемому способу.

При выверке участвуют (фиг.1) следующие оптико-электронные модули комплекса, параллельность визирных осей которых требуется выверить:

- телевизионный модуль 1 с входным объективом 2 и телекамерой 3;

- тепловизионный модуль 4 с входным объективом 5 и фотоприемным устройством (ФПУ) 6;

- приемный модуль лазерного дальномера 7 с зеркальным объективом 8, полевой диафрагмой 9, спектроделительным зеркалом 10, широкоспектральным источником света 11 (например, галогенная лампа накаливания).

Триппельпризмы 12 и 13 перед объективом 8 приемного модуля лазерного дальномера 7 и объективами телевизионного модуля 2 и тепловизионного модуля 5 соответственно. Каждая из триппельпризм 12, 13 выполнена для работы в своем спектральном диапазоне. Триппельпризма 13 для работы в спектральном диапазоне 8,0-12,0 мкм может быть выполнена либо из германия, либо из зеркал по типу уголкового отражателя.

Полевая диафрагма 9 (фиг.2) выполнена в виде небольшого (60-100 мкм) отверстия 14. Проекционный объектив 15 переносит изображение отверстия 14 на фотоприемник лазерного излучения 16, ограничивая поле зрения приемного модуля лазерного дальномера 7.

Устройство коррекции координат центра электронной прицельной марки (далее прицельная марка) 17 (фиг.3) содержит последовательно соединенные блок задания координат центра прицельной марки 18, энергонезависимое запоминающее устройство 19 и блок формирования прицельной марки 20, к выходу которого подключен монитор 21. Вход блока задания координат 18 подключен к пульту управления 22. К входам синхронизации блока 20 подключены выходы строчной и кадровой синхронизации блока выделения синхроимпульсов 23, который своим входом соединен с видеовыходом телевизионного модуля 1.

Аналогично выполнены устройства коррекции координат центра электронной прицельной марки и в других ОЭМ.

Реализация способа показана на примере выверки телевизионного оптико-электронного модуля.

Для проверки и корректировки параллельности визирной оси телевизионного модуля 1 и приемного модуля лазерного дальномера 7 по сигналу "Выверка" включают источник света 11 (фиг.1), который с помощью спектроделительного зеркала 10, отражающего весь рабочий диапазон длин волн за исключением лазерного, подсвечивает отверстие 14 диафрагмы 9. Поскольку диафрагма 9 расположена в фокальной плоскости зеркального объектива 8, то из него выходит коллимированный поток света. Этот поток света с помощью триппельпризмы 12 направляют во входной объектив 2, который формирует изображение диафрагмы на фотоприемном устройстве телекамеры 3. Видеосигнал с электронным изображением диафрагмы (фиг.3) через блок формирования прицельной марки 20 поступает на монитор 21 и высвечивается на его экране; на этом же экране высвечивается прицельная марка, сформированная в блоке 20.

При несовпадении центров диафрагмы и прицельной марки, что происходит при разъюстировке оптических осей телевизионного модуля 1 и приемного канала дальномера 7, оператор с помощью пульта 22 совмещает центр прицельной марки с центром изображения диафрагмы. Новые координаты центра прицельной марки запоминают в энергонезависимой памяти 19 и используют при формировании прицельной марки до следующей выверки.

Выверка параллельности оптических осей других ОЭМ и оси приемного модуля лазерного дальномера проводится аналогичным образом.

Способ может быть использован при создании многомодульных мультиспектральных комплексов с лазерным дальномером для проверки и корректировки параллельности визирных осей. Способ включает формирование коллимированного светового потока от опорной марки, направление его в оптические каналы оптико-электронных модулей комплекса с помощью отражающих оптических элементов и формирование прицельной марки на месте изображения опорной марки. В качестве опорной марки используют полевую диафрагму приемного модуля лазерного дальномера. Ее подсвечивают широкоспектральным источником света, переносят изображение диафрагмы с помощью зеркального объектива приемного модуля лазерного дальномера, триппельпризм и входных объективов оптико-электронных модулей комплекса в их фокальные плоскости. В каждом модуле определяют координаты центра изображения диафрагмы и формируют электронные прицельные марки в соответствии с полученными координатами. Технический результат - повышение точности выверки многоканальных мультиспектральных комплексов и максимальное упрощение конструкции системы выверки и сокращение времени ее проведения. 3 ил.

Способ выверки параллельности визирных осей многомодульных мультиспектральных оптико-электронных приборных комплексов с лазерными дальномерами, включающий формирование коллимированного светового потока от опорной марки, направление его в оптические каналы оптико-электронных модулей комплекса с помощью отражающих оптических элементов и формирование прицельной марки на месте изображения опорной марки, отличающийся тем, что, с целью получения высокой точности выверки, полевую диафрагму приемного модуля лазерного дальномера используют в качестве опорной марки, подсвечивают ее широкоспектральным источником света, переносят изображение диафрагмы с помощью зеркального объектива приемного модуля лазерного дальномера, триппельпризм и входных объективов оптико-электронных модулей комплекса в их фокальные плоскости, определяют в каждом модуле координаты центра изображения диафрагмы и формируют электронные прицельные марки в соответствии с полученными координатами.