УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ, ЮСТИРОВКИ И СВЕДЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ОСЕЙ КАНАЛОВ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ В ВИДИМОЙ И ИК-ОБЛАСТЯХ СПЕКТРА Российский патент 2014 года по МПК G01B11/27 G01M11/00 

Изобретение относится к области приборостроения, а, именно к устройствам контроля, юстировки и сведения оптических осей, применяемым при контроле параметров многоканальных приборов, работающих в различных спектральных диапазонах, в том числе тепловизионных, телевизионных, оптических и электронно-оптических приборов.

Известно устройство для юстировки оптических осей многоканальной системы, содержащее два передающих канала с излучателями (коллиматора), работающих в разных спектральных диапазонах, подвижное зеркало для согласования осей каналов и призму сопряжения. Спектральный диапазон каждого передающего канала совпадает со спектральным диапазоном соответствующего проверяемого канала многоканальной системы. Устройство применяется для юстировки и сведения каналов аппаратуры слежения и наведения бронетанковой техники (патент РФ №41867, МПК G01M 11/00).

Устройство имеет сложную конструкцию - несколько коллиматоров. Указанным устройством невозможно провести согласованию каналов одним оператором, так как работа с аппаратурой контроля выполняется одним оператором на башне объекта, а второй оператор, находящийся внутри башни, должен наблюдать в окуляр прицела проекционные марки контрольной аппаратуры.

Наиболее близким к заявляемому устройству контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканальных приборов - прототипом - является устройство для контроля и юстировки оптических приборов по патенту РФ №97192, МПК G01B 11/26. Устройство содержит единый блок из трех коллиматоров: центральный коллиматор и два или более боковых коллиматора, симметрично расположенных относительно центрального коллиматора и образующих с ним фиксированный угол; фланец с установочной плоскостью, жестко закрепленный на блоке коллиматоров и снабженный ориентирующими элементами; механизм углового и пространственного согласования осей коллиматоров с визирной осью контролируемого прибора, имеющий элементы крепления к контролируемому прибору и элементы сопряжения с ориентирующими элементами фланца. Каждый коллиматор содержит осветитель, сетку с проекционной маркой и объектив. В осветителях коллиматоров используются светодиоды разных диапазонов излучения.

Прототип содержит следующий признак, совпадающий с существенным признаком заявляемого изобретения: наличие коллиматора с установленным в его фокальной плоскости излучателем.

Наиболее близким к заявляемому широкополосному излучателю в видимой и ИК-областях спектра - прототипом - является источник видимого излучения, в частности светодиод, использованный в устройстве по патенту РФ №97192, МПК G01B 11/26.

Прототип имеет следующие недостатки:

1. Громоздкая конструкция устройства (наличие нескольких коллиматоров со светодиодами разных диапазонов излучения), следовательно, большое количество настроечных проверок самого устройства, что требует высокой степени корректности обращения с устройством и делает невозможным контроль параметров многоканального прибора одним оператором. Кроме того, такое устройство невозможно использовать для проведения динамичной проверки сведения оптических осей каналов многоканальной системы при проведении полевых или стрельбовых испытаний из-за сложности доставки и обслуживания устройства в полевых условиях.

Необходимость нескольких коллиматоров вызвана узкими спектральными диапазонами светодиодов.

2. Низкая точность контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканальной системы из-за наличия систематической погрешности настроек нескольких коллиматоров.

Изобретение решает следующие задачи:

1. Упрощение конструкции устройства, и, следовательно, повышение удобства, и упрощение процесса контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканального прибора.

2. Повышение точности контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканального прибора.

Поставленные задачи решаются следующим образом: устройство оснащается одним излучающим каналом - коллиматором - с широким спектром излучения. Такой спектр излучения обеспечивается новым предложенным широкополосным излучателем со спектральным диапазоном в видимой и ИК-областях спектра, например с диапазоном 0,38÷г 14 мкм. Используя предложенное устройство, в нескольких каналах контролируемого прибора наблюдают одну и ту же диафрагму одного коллиматора.

Поставленные задачи решаются тем, что в известном устройстве контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканальных приборов, содержащем коллиматор с установленным в его фокальной плоскости излучателем, выполнено следующее: оно дополнительно содержит оптическую систему переноса изображения, оснащенную поворотным механизмом, позволяющим направлять излучение от коллиматора во все каналы контролируемого прибора без изменения положения коллиматора, а также механизм регулировки положения излучателя в фокальной плоскости коллиматора относительно его оптической оси; при этом излучатель выполнен широкополосным, со спектральным диапазоном в видимой и ИК-областях спектра.

Для создания широкополосного излучателя, имеющего спектр излучения в видимой и ИК-областях спектра, известный источник видимого излучения помещен в корпус из теплопроводящего материала с точечной диафрагмой, в котором размещены термомодуль и плата подсветки и нагрева, причем источник видимого излучения установлен на плате подсветки и нагрева, одна поверхность термомодуля закреплена на внутренней стенке корпуса с обеспечением теплового контакта, а на второй поверхности термомодуля закреплена с обеспечением теплового контакта плата подсветки и нагрева с источником видимого излучения, при этом источник видимого излучения оптически сопряжен с точечной диафрагмой.

Наибольший спектральный диапазон излучателя в видимой и ИК-областях спектра составляет от 0,38 до 14 мкм. Минимальная граница диапазона зависит от типа использованного в излучателе источника видимого излучения. Например, при использовании светодиода белого цвета минимальная граница диапазона - 0,38 мкм, красного светодиода - 0,65 мкм.

Оптическая система переноса изображения может быть выполнена в виде призмы или зеркальной системы. Призма может быть выполнена из BaF₂, ZnS или любого другого материала, обеспечивающего оптическое пропускание в спектральном диапазоне широкополосного излучателя. Зеркальная система переноса изображения может состоять из двух зеркал, установленных перпендикулярно друг другу, и в этом случае, в разумных пределах, не будет зависеть от расстояния между каналами. Зеркала могут быть установлены с возможностью изменения расстояния между ними.

Соосность коллиматора и многоканального прибора имеет значение только при необходимости точной юстировки каналов. При проведении контрольных измерений или проверке сведения каналов жесткие требования по установке оптической оси коллиматора параллельно оси контролируемого прибора не предъявляются, коллиматор может быть установлен параллельно оптической оси контролируемого прибора достаточно условно.

Термомодуль представляет собой известный термоэлектрический элемент, основанный на эффекте Пельтье, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта 2-х разнородных проводников. В зависимости от величины тока температурный контраст между пластинами термомодуля может устанавливаться от 0,1 до 70 К. Плата подсветки и нагрева представляет собой пластину из теплопроводного изоляционного материала, например из фольгированного текстолита.

Для усиления теплового контакта между стенкой корпуса и термомодулем и/или термомодулем и платой подсветки и нагрева может быть нанесена термопаста. В качестве источника видимого излучения могут использоваться светодиод или лампа накаливания.

Сущность изобретений поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - широкополосный излучатель, имеющий спектр излучения в видимой и ИК-областях спектра.

Устройство контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканальных приборов (фиг.1) содержит коллиматор 1, широкополосный излучатель 2, установленный в фокальной плоскости коллиматора 1, призму 3 с поворотным механизмом 4.

В данном примере конкретного выполнения устройства контролируемый прибор имеет тепловизионный канал 5 и телевизионный канал 6. Коллиматор 1 закреплен параллельно оптическим осям каналов 5, 6 контролируемого прибора. Поворотный механизм 4 обеспечивает перемещение призмы 3 и поочередную установку призмы напротив каналов 5 и 6 контролируемого прибора для направления излучения от коллиматора 1 в каналы 5 и 6 без изменения положения коллиматора 1. Призма 3 имеет пропускание во всем диапазоне, обеспечиваемом широкополосным излучателем 2.

Широкополосный излучатель 2 (фиг.2) содержит корпус 7 с точечной диафрагмой 8, в котором размещены светодиод 9 белого цвета, плата подсветки и нагрева 10 и термомодуль с «горячей» 11 и «холодной» 12 пластинами. «Холодная» пластина 12 термомодуля закреплена на внутренней стенке корпуса 7 с обеспечением теплового контакта. На «горячей» пластине 11 термомодуля закреплена с обеспечением теплового контакта плата подсветки и нагрева 10. Светодиод 9 закреплен на плате подсветки и нагрева 10 и оптически сопряжен с точечной диафрагмой 8. Части корпуса 7 закреплены между собой, а плата подсветки и нагрева 10 дополнительно закреплена к корпусу 7 крепежными элементами 13. Между стенкой корпуса 7 и «холодной» 12 пластиной термомодуля, а также между платой подсветки и нагрева 10 и «горячей» пластиной термомодуля нанесена термопаста (не показано). Корпус 7 выполнен из теплопроводящего материала. Плата подсветки и нагрева 10 представляет собой пластину из фольгированного текстолита. На плате подсветки и нагрева 10 нанесена схема согласования питания светодиода 9 и термомодуля, соединенная проводами с источником питания (не показано).

Устройство контроля, юстировки и сведения каналов многоканальных приборов с широкополосным излучателем работает следующим образом.

Включают контролируемый многоканальный прибор и устройство контроля. При подключении напряжения питания к пластинам 11 и 12 термомодуля и светодиоду 9 широкополосного излучателя 2, пластины термомодуля 11 и 12 начинают набирать температурный контраст, который передается на плату подсветки и нагрева 10 и корпус 7. Корпус 7 охлаждается, а плата подсветки и нагрева 10 с установленным на ней светодиодом 9 нагревается. В результате вокруг диафрагмы 8 образуется холодное пространство корпуса 7. Диафрагма 8 подсвечивается видимым излучением светодиода 9 и тепловым излучением нагретой платы подсветки и нагрева 10. Тепловое излучение в данной конструкции имеет диапазон от 0,7 мкм до 14 мкм. Такое устройство представляет точечный излучатель с широким диапазоном длин волн от видимого светодиодного излучения и через ближний ИК до среднего ИК-диапазона, т.е. от 0,38 до 14 мкм.

Выбирается один из каналов, например тепловизионный канал 5. Поворотным механизмом 4 призма 3 устанавливается так, чтобы изображение диафрагмы 8 через призму 3 поступало в тепловизионный канал 5, которое наблюдается на дисплее тепловизионного канала 5 или на мониторе (не показан). С помощью механизма регулировки положения широкополосного излучателя относительно оптической оси коллиматора 1 (не показано) перемещают диафрагму 8 относительно коллиматора 1 и выводят изображение в центр экрана дисплея канала 5 или монитора или совмещают перекрестьем (маркой, сеткой). В тепловизионный канал 5 наблюдают диафрагму 8 в ИК-области спектра, которая обеспечена тепловым излучением нагретой платы подсветки и нагрева 10.

Далее поворотным механизмом 4 перемещают призму 3 в положение, в котором изображение диафрагмы 8 передается в телевизионный канал 6. В телевизионный канал 6 наблюдают ту же диафрагму 8 в видимой области спектра, которая обеспечена излучением светодиода 9. Поскольку изображение диафрагмы 8 уже установлено по центру тепловизионного канала 5, проводят юстировку телевизионного канала 6 так, чтобы и в нем изображение диафрагмы 8 заняло место по центру экрана. Таким образом обеспечивается получение одного и того же изображения диафрагмы 8 в обоих каналах 5 и 6. В результате достаточно простой процедуры совмещаются оптические оси контролируемого многоканального прибора таким образом, что в каналы виден один и тот же предмет на одном и том же месте экрана, что позволяет уверенно проводить измерения дальности, координат, проводить прицеливание и стрельбу с использованием двух и более сведенных каналов. Работа проводится одним оператором.

Контроль оптических осей каналов 5 и 6, так же как и сведение их оптических осей, сводится к приведению перекрестий каналов 5 и 6 (марок, сеток) в центр изображения диафрагмы 8.

В заявляемом устройстве исключается систематическая погрешность настройки коллиматора, что повышает точность контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканального прибора. Простая конструкция и удобство работы позволяют использовать такое устройство для проведения динамичной проверки сведения оптических осей каналов многоканального прибора при проведении полевых или стрельбовых испытаний. Устройство можно встроить в многоканальный прибор наведения и прицеливания с целью проведения аппаратной проверки сведения каналов прибора при каждом включении.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию устройства, упростить процесс и повысить точность контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканальной системы.

Изобретение может использоваться для работы с приборами, работающими в различных спектральных диапазонах. Устройство содержит коллиматор с установленным в его фокальной плоскости широкополосным излучателем со спектральным диапазоном в видимой и ИК-областях спектра, оптическую систему переноса изображения, оснащенную поворотным механизмом, позволяющим направлять излучение от коллиматора в каналы контролируемого прибора без изменения положения коллиматора, и механизм регулировки положения излучателя в фокальной плоскости коллиматора относительно его оптической оси. Оптическая система переноса изображения выполнена в виде зеркал, установленных перпендикулярно друг другу с возможностью изменения расстояния между ними. Излучатель содержит корпус из теплопроводящего материала с точечной диафрагмой, размещенные в корпусе термомодуль и плату подсветки и нагрева, на которой установлен источник видимого излучения, оптически сопряженный с точечной диафрагмой. Одна поверхность термомодуля закреплена на внутренней стенке корпуса с обеспечением теплового контакта. На второй поверхности термомодуля закреплена с обеспечением теплового контакта плата подсветки и нагрева. Технический результат - упрощение конструкции, повышение точности контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство контроля, юстировки и сведения оптических осей каналов многоканальных приборов, содержащее коллиматор с установленным в его фокальной плоскости широкополосным излучателем со спектральным диапазоном в видимой и ИК-областях спектра, оптическую систему переноса изображения, оснащенную поворотным механизмом, позволяющим направлять излучение от коллиматора в каналы контролируемого прибора без изменения положения коллиматора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит механизм регулировки положения излучателя в фокальной плоскости коллиматора относительно его оптической оси, а оптическая система переноса изображения выполнена в виде зеркал, установленных перпендикулярно друг другу с возможностью изменения расстояния между ними.

2. Широкополосный излучатель в видимой и ИК-областях спектра, содержащий источник видимого излучения, отличающийся тем, что он содержит корпус из теплопроводящего материала с точечной диафрагмой, размещенные в корпусе термомодуль и плату подсветки и нагрева, причем источник видимого излучения установлен на плате подсветки и нагрева, одна поверхность термомодуля закреплена на внутренней стенке корпуса с обеспечением теплового контакта, а на второй поверхности термомодуля закреплена с обеспечением теплового контакта плата подсветки и нагрева, при этом источник видимого излучения оптически сопряжен с точечной диафрагмой.

3. Широкополосный излучатель по п.2, отличающийся тем, что в качестве источника видимого излучения использован светодиод.

4. Широкополосный излучатель по п.2, отличающийся тем, что между стенкой корпуса и термомодулем нанесена термопаста.

5. Широкополосный излучатель по п.2 или 4, отличающийся тем, что между термомодулем и платой подсветки и нагрева нанесена термопаста.