ОПТИЧЕСКАЯ ПАНОРАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2013 года по МПК G02B23/08 F41G1/40 

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может найти применение при создании панорамных стереоскопических приборов наблюдения, ориентирования, обнаружения, разведки и распознавания объектов.

Широко известны оптические панорамические системы (ОПС), идеологической основой которой является панорамическая система Герца, включающая головной отражатель, выпрямляющую призму (призму Дове), объектив, окулярный отражатель и окуляр (И. Рябухин, «100 лет панораме Герца», http://npzoptics.ru,). Панорамическая система Герца применяется в большинстве панорамических морских и бронетанковых визиров, например, в перископических панорамных малогабаритных визирах серии ПМК (www.ckb-photon.ru/navy/viewfinders/htm#1).

Основным достоинством панорамических систем является неизменное место оператора, что существенно уменьшает необходимое рабочее пространство вокруг прибора и повышает комфортность при работе с прибором во время кругового обзора окружающего пространства.

Недостатком приведенных выше ОПС является их монокулярность, которая ограничивает их возможности с точки зрения информативности, не позволяет получить информацию о рассматриваемой местности по глубине пространства, уменьшает разрешающую способность глаза, имеет меньшие обнаружительную и распознавательную способности, а потому эти системы менее эффективны при использовании по отношению к стереоскопическим (бинокулярным) системам. Кроме того, монокулярность вызывает ускоренную утомляемость глаза наблюдателя, что может привести к дополнительным потерям информации при наблюдении.

Известны ОПС (патенты RU №2348956 C1 от 04.06.2007 г. и №2399073 C1 от 13.04.2009 г.), которые содержат два идентичных головных отражателя с телескопической оптической системой, установленные соосно друг другу под прямым углом к вертикальной оптической оси с возможностью синхронного поворота вокруг горизонтальной оптической оси, далее соосно с ними установлены отражатели, направляющие световые потоки вдоль вертикальной оптической оси, на которой установлена с возможностью поворота вокруг этой же оси выпрямляющая призма. Один из отражателей выполнен в виде прямоугольной призмы с крышей, а другой - в виде прямоугольной призмы. За выпрямляющей призмой установлена неподвижная окулярная телескопическая система с двумя отражателями в виде ромбических призм, за выходными гранями которых установлена бинокулярная часть системы, выполненная в виде пентапризм, одна из которых с крышей, и окуляров. Входные зрачки ромбических призм окулярной части совмещены с выходными зрачками соответствующих им головных телескопических систем.

Выпрямляющая призма осуществляет оптическое сопряжение ромбических призм окулярной части системы с соответствующими призмами головной части (на рисунке патента RU №2348956 призма 4 и 5 оптически сопряжены с соответствующими ромбическими призмами 9, на рисунке патента RU №2399073 призмы 4 и 5 с призмами 10 и 11 соответственно). Оптическое сопряжение является необходимым условием последующего разделения световых потоков для левого и правого глаза. Кроме того, выпрямляющая призма призвана обеспечивать компенсацию поворота изображения при различных значениях углов поворотов относительно горизонтальной и вертикальной оптических осей. Компенсация поворота изображения осуществляется поворотом выпрямляющей призмы на полусумму углов поворотов головных отражателей относительно горизонтальной и вертикальной осей.

Существенный недостаток этой ОПС заключается в следующем: для компенсации поворота изображения при повороте головных отражателей вокруг горизонтальной оси (ось β) выпрямляющая призма должна повернуться на угол β/2. При этом изображения выходных зрачков головной части повернутся вокруг вертикальной оси на угол β относительно соответствующих входных зрачков ромбических призм окулярной части, что приведет к нарушению их оптического сопряжения. Нарушение оптического сопряжения вызывает, во-первых, срезание части световых потоков, идущих в окулярную часть; во-вторых, перемешивание световых потоков для левого и правого глаза, что приводит к наложению изображений друг на друга, нарушению стереоскопичности и снижению разрешающей способности оптической системы.

От этих недостатков свободна ОПС (патент RU 2290676 C1, МПК: G02B 23/02), которая содержит последовательно установленные головной отражатель, две идентичные телескопические системы с ромбическими отражателями, выпрямляющую призму, неподвижную окулярную часть, содержащую телескопическую оптическую систему и две идентичные окулярные ветви (для левого и правого глаза), каждая из которых выполнена в виде ромбического отражателя, призмы и окуляра. Выходной зрачок каждой головной телескопической системы оптически сопряжен с соответствующей ветвью окулярной части. Оптическое сопряжение поддерживается выпрямляющей призмой путем ее поворота на половину угла визирования в горизонтальной плоскости.

Недостатком этой ОПС является ограниченный рабочий угол визирования в вертикальной плоскости.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение работы ОПС в полусфере обзора с получением стереоскопической информации об окружающем пространстве

Техническим результатом является создание ОПС, позволяющей расширить круг задач по наблюдению, обнаружению, распознаванию и целеуказанию объектов в любой точке полусферы окружающего пространства, что в конечном счете увеличит объем получаемой информации, повысит эффективность работы оператора за счет работы двумя глазами, снизит нагрузку на его зрение.

Поставленная задача достигается тем, что ОПС, содержащая поворотную вокруг вертикальной оси головную часть и неподвижную окулярную часть, выполнена в виде двух идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит поворотный по двум осям головной отражатель, головную телескопическую систему, неподвижные головные отражатели, направляющие световые потоки оптических каналов в общие для обоих каналов выпрямляющую призму и окулярную телескопическую систему, окулярные отражатели, вход каждого из которых оптически сопряжен с выходом соответствующего головного отражателя, за каждым окулярным отражателем последовательно установлены отражатель, объектив и окуляр, поворотные головные отражатели выполнены с возможностью их синхронных поворотов вокруг горизонтальной оси и оси, перпендикулярной к ней, а в каждый оптический канал дополнительно введены выпрямляющие призмы, развернутые в противоположные стороны на угол, равный половине угла поворота головных отражателей относительно горизонтальной оси головной части ОПС.

Дополнительно введенные выпрямляющие призмы могут быть выполнены в виде призмы Дове или в виде призмы Пехана и установлены либо за окулярными ромбическими призмами, либо за поворотными призмами головной части оптической системы.

На фиг.1 изображен вариант ОПС с расположением дополнительных выпрямляющих призм в окулярной части, на фиг.2 - вариант ОПС с расположением дополнительных выпрямляющих призм в головной части этой системы, фиг.3 поясняет работу ОПС при повороте ее головной части вокруг вертикальной оси α, фиг.4 поясняет работу ОПС при повороте головных отражателей вокруг горизонтальной оси β.

Оптическая панорамическая система содержит (фиг.1) головные отражатели 1 и 2 с возможностью синхронного поворота по двум осям: вокруг горизонтальной оси (угол β) и оси перпендикулярной к ней (угол γ), жестко закрепленные отражатели 3, 4, 5, 6, 7, 8. Между отражателями 3, 5 и 4, 6 соответственно установлены головные телескопические системы 9 и 10. Указанные компоненты оптической панорамической системы составляют ее головную часть и могут вращаться вокруг вертикальной оси α.

Окулярная часть оптической панорамической системы содержит выпрямляющую призму 11 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси а, окулярную телескопическую систему 12, выполненные в виде ромбических призм окулярные отражатели 13 и 14, отражатели 15 и 16, окуляры 17 и 18. Между окулярными отражателями 13, 14 и отражателями 15, 16 установлены выпрямляющие призмы 19 и 20.

Вариант установки выпрямляющих призм 19 и 20 в головной части оптической панорамической системы представлен на фиг.2. В этом варианте выпрямляющие призмы 19 и 20 установлены между отражателями 5, 7 и 6, 8 соответственно.

Оптическая панорамическая система работает следующим образом.

При повороте головной части на угол α отражатели 7 и 8 также разворачиваются на такой же угол α (фиг.3). При этом происходит нарушение оптического сопряжения выхода головной части (заштрихованная часть на фиг.3) со входом окулярной части (незаштрихованные круги на фиг.3) ОПС. Для восстановления оптического сопряжения выпрямляющую призму 11 поворачивают в том же направлении на угол, равный половине угла поворота головной части.

При повороте головных отражателей 1 и 2 на угол β изображения в каждом окуляре поворачиваются на тот же угол β, причем поворачиваются в разные стороны (фиг.4). Для восстановления правильного изображения выпрямляющие призмы 19 и 20 поворачивают разнонаправленно на половину угла поворота головных отражателей 1 и 2.

При приближении угла β к 90° в управление положением визирной оси включаются повороты по углу γ (фиг.1 и 2), обеспечивая работу ОПС в полусфере окружающего пространства, включая большие высотные углы.

Изобретение может быть использовано в панорамных стереоскопических приборах наблюдения, ориентирования, обнаружения, разведки и распознавания объектов. Система с поворотной вокруг вертикальной оси головной частью и неподвижной окулярной частью содержит два идентичных оптических канала, каждый из которых содержит поворотный головной отражатель, головную телескопическую систему, неподвижные головные отражатели, направляющие световые потоки в общие для обоих каналов окулярную телескопическую систему и выпрямляющую призму, установленную на вертикальной оси и развернутую вокруг этой оси на угол, в два раза меньший угла поворота головной части, окулярные отражатели, за каждым из которых установлены отражатель и окуляр. Поворотные головные отражатели выполнены с возможностью их синхронных поворотов вокруг горизонтальной оси и оси, перпендикулярной к ней. За поворотными головными отражателями установлены неподвижные отражатели, направляющие световые потоки на соответствующие головные телескопические системы. В каждый оптический канал дополнительно введены выпрямляющие призмы, развернутые в противоположные стороны на угол, равный половине угла поворота головных отражателей относительно горизонтальной оси головной части панорамической системы. Технический результат - повышение информативности и эффективности наблюдения, уменьшение утомляемости оператора и обеспечение обзора в полусфере окружающего пространства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Оптическая панорамическая система с поворотной вокруг вертикальной оси головной частью и неподвижной окулярной частью, выполненная в виде двух идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит поворотный головной отражатель, головную телескопическую систему, неподвижные головные отражатели, направляющие световые потоки оптических каналов в общие для обоих каналов окулярную телескопическую систему и выпрямляющую призму, установленную на вертикальной оси и развернутую вокруг этой оси на угол, в два раза меньший угла поворота головной части, окулярные отражатели, вход каждого из которых оптически сопряжен с выходом соответствующего головного отражателя, за каждым окулярным отражателем последовательно установлены отражатель и окуляр, отличающаяся тем, что поворотные головные отражатели выполнены с возможностью их синхронных поворотов вокруг горизонтальной оси и оси, перпендикулярной к ней, за поворотными головными отражателями установлены неподвижные отражатели, направляющие световые потоки на соответствующие головные телескопические системы, а в каждый оптический канал дополнительно введены выпрямляющие призмы, развернутые в противоположные стороны на угол, равный половине угла поворота головных отражателей относительно горизонтальной оси головной части панорамической системы.

2. Оптическая панорамическая система по п.1, отличающаяся тем, что выпрямляющие призмы выполнены в виде призмы Дове и установлены в окулярной части за окулярными отражателями.

3. Оптическая панорамическая система по п.1, отличающаяся тем, что выпрямляющие призмы выполнены в виде призмы Дове и установлены в головной части за головными телескопическими системами.

4. Оптическая панорамическая система по п.1, отличающаяся тем, что выпрямляющие призмы выполнены в виде призмы Пехана и установлены в головной части между оптическими компонентами головной телескопической системы.