ОПТИЧЕСКИЙ СЪЕМНИК ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G06K7/14 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, лазерной локационной измерительной и информационной техники, ВВТ, системам обеспечения безопасности, а именно к оптико-электронным средствам и устройствам считывания информации, реализующим принцип отражения оптического излучения от исследуемого объекта путем анализа отраженного обратно сигнала, в частности к оптическим съемникам информации, и может быть использовано в устройствах для наблюдения и точного определения координат наблюдаемого объекта, например в лазерных оптических локационных системах (целеуказателях), на объектах, где необходимо иметь изображение всех объектов, находящихся перед транспортным средством, для точного определения координат и дальности до удаленных объектов: на транспортных средствах, в судовождении, при посадке самолетов, в горных и поисково-спасательных работах, для целей охраны, охоты, в военном деле, в оптических линиях связи и других, а также для дистанционного наблюдения, слежения, обнаружения и видения удаленных оптических и оптико-электронных приборов, ведущих встречное наблюдение и прицеливание, и в качестве индикаторного устройства таких систем и устройств при попадании в поле их зрения оптических и оптико-электронных приборов и объектов, например биноклей, зрительных труб, фотоаппаратов, видеокамер, кинокамер, оптических прицелов стрелкового оружия, танков, артиллерийских и ракетных установок и т.д., приборов прицеливания, наблюдения, разведки и т.п., любых других приборов, снабженных оптическими объективами.

В последнее время в связи с военными конфликтами в Сирии, Ливии, Южной Осетии, Израиле, Югославии, Ираке и Афганистане, а также при проведении антитеррористических операций особенно остро встала проблема дистанционного обнаружения оптических и оптико-электронных объектов ВВТ. Связано это с тем, что в настоящее время при ведении разведки, наблюдения и прицеливания широко применяются оптические и оптико-электронные приборы и системы, в том числе приборы ночного видения (ПНВ), включая оптические локаторы, лазерные дальномеры, ИК ПНВ и т.д., позволяющие наблюдать объекты ВВТ при облучении их излучением в видимой, УФ и ИК областях электромагнитного спектра.

Однако известные устройства дистанционного обнаружения оптических и оптико-электронных объектов имеют существенные недостатки в условиях сложной фоноцелевой обстановки, например на маскирующем фоне диффузно-отражающих объектов: стен домов, гор, леса, кустов, грунта, при обнаружении с летательных аппаратов. Поскольку в этом случае общая площадь диффузного объекта, освещаемая лазерным лучом, существенно превышает апертуру входной оптики оптических и оптико-электронных объектов, уровень сигнала, отраженного от нее, становится сравнимым с уровнем сигнала, отраженного от диффузного объекта, и, что немаловажно, в яркий солнечный день сигнал сравним с фоновой засветкой переотраженного подстилающей поверхностью солнечного излучения даже при применении специальных светофильтров с узкой полосой пропускания.

Связано это с тем, что при установке порога срабатывания на низком уровне увеличивается вероятность «ложного» срабатывания за счет сигнала от диффузного объекта, при установке порога на высоком уровне увеличивается вероятность пропуска сигнала от входной оптики оптических и оптико-электронных объектов, что влечет за собой снижение эффективной дальности обнаружения и необходимость существенного увеличения необходимой мощности излучения подсветки.

Поэтому проблема необходимости создания оптического съемника информации устройства для наблюдения и точного определения координат удаленных оптических и оптико-электронных приборов и объектов в настоящее время встала достаточно остро.

Известно устройство считывания кода объекта и его координат, содержащее фотосчитывающую координатную матрицу из m×n ячеек, каждая ячейка которой выполнена в виде оптоэлектронной пары из источников излучения и расположенных в непосредственной близости от них фотоприемников, направленных в сторону соответствующих кодовых датчиков, выполненных в виде пластины с чередующимися светоотражающими и светопоглощающими полосами, при этом светоотражающие полосы выполнены в виде концентрических светоотражающих канавок, разделенных светонепроницаемыми перегородками со светопоглощающей торцовой поверхностью [1].

Недостатками известного устройства является возможность определения объектов по отраженному от них сигналу только на близком расстоянии. Яркость объектов, расположенных на различном расстоянии от устройства, будет различна, и при наличии большого числа объектов на близком расстоянии изображения последних будут маскировать изображения удаленных объектов. Кроме того, известное устройство является сложным, требуя изготовления фотосчитывающей координатной матрицы из m×n ячеек и синхронизации ее работы с оптоэлектронной парой с помощью сложной электронной схемы.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является оптический съемник информации, содержащий полый непрозрачный корпус, внутри которого расположены источник излучения, соосно установленные световоды переменного сечения, например, конической формы, обращенные друг к другу большими торцами, между которыми установлены распорный элемент и фотоприемник с экраном, при этом чувствительная поверхность фотоприемника обращена к входному отверстию корпуса, меньший торец одного световода совмещен с входным отверстием корпуса, а меньший торец другого световода оптически связан с источником излучения [2].

Недостатком известного технического решения является возможность определения объектов по отраженному от них сигналу только на близком расстоянии. Кроме того, яркость объектов, расположенных на различном расстоянии от устройства, будет различна и при наличии большого числа объектов на близком расстоянии изображения последних будут маскировать изображения удаленных объектов.

Новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов путем повышения полноты и достоверности считывания поступающего сигнала.

Новый технический результат достигается тем, что в оптическом съемнике информации, содержащем источник излучения, оптически связанный с носителем информации, полый непрозрачный корпус, внутри которого расположены световоды переменного сечения, световод, обращенный большим торцом к носителю информации, световод, совмещенный торцом с входным отверстием корпуса, и фотоприемник, оптически связанный через соответствующий световод с носителем информации и обеспечивающий трансформацию переданного световодом к светочувствительной поверхности фотоприемника отраженного от носителя информации излучения в электрический сигнал, в отличие от прототипа, световоды выполнены как часть светочувствительной поверхности фотоприемника, при этом каждый световод выполнен в виде светочувствительной светоотражающей поверхности, формирующей пустотелую структуру, причем все пустотелые структуры обращены к носителю информации своими воображаемыми большими торцами, совмещенными с соответствующими входными отверстиями корпуса, и выполнены с переменным сечением, обеспечивающим возможность перемещения попавшего со стороны воображаемого большего торца отраженного от носителя информации излучения только в направлении меньшего торца световода и последующую концентрацию отраженного от носителя информации излучения в области меньшего торца.

Пустотелые структуры могут быть выполнены из материала в виде трехслойной системы «металл с отражающими свойствами - оксид - полупроводник».

Светочувствительные светоотражающие грани или боковые поверхности пустотелых структур могут быть выполнены под углом наклона к воображаемому основанию, формирующему больший торец соответствующей пустотелой структуры, превышающим 68°.

Пустотелые структуры могут быть выполнены конусообразной формы.

На фиг.1-2 представлена принципиальная схема выполнения оптического съемника информации.

Оптический съемник информации содержит источник излучения 1, оптически связанный с носителем 2 информации, полый непрозрачный корпус 3, внутри которого расположен фотоприемник 4, оптически связанный через соответствующие пустотелые конструкции 5 с носителем 2 информации и обеспечивающий трансформацию попавшего в пустотелые конструкции 5 отраженного от носителя 2 информации излучения в электрический сигнал, при этом пустотелые конструкции 5 обращены к носителю 2 информации своими воображаемыми большими торцами 6, совмещены своими воображаемыми большими торцами 6 с соответствующими входными отверстиями 7 корпуса 3 и выполнены с переменным сечением, обеспечивающим возможность перемещения попавшего со стороны воображаемого большего торца 6 отраженного от носителя 2 информации излучения только в направлении меньшего торца 8 пустотелой конструкции 5 и последующую концентрацию отраженного от носителя 2 информации излучения в области меньшего торца 8 (фиг.1).

Пустотелые конструкции 5 выполнены в виде светочувствительной светоотражающей боковой поверхности 9, формирующей пустотелую структуру 5 из материала в виде трехслойной системы «металл с отражающими свойствами - оксид - полупроводник», при этом светочувствительные светоотражающие боковые поверхности 9 пустотелых структур 5 конусообразной формы 10 могут быть выполнены под углом наклона к воображаемому основанию, формирующему воображаемый больший торец 6 соответствующей пустотелой конструкции 5, превышающим 68° (фиг.2).

Фотоприемник 4 предназначен для обеспечения приема переотраженного от носителя 2 информации и возвращенного к оптическому съемнику информации подсвечивающего излучения источника излучения 1, преобразования этого сигнала в пропорциональный электрический сигнал на выходе каждого элементарного электрода фотоприемника 4 и передачи принятого сигнала на его обработку и анализ.

Пустотелые конструкции 5 фотоприемника 4 предназначены для приема излучения, отраженного от носителя 2 информации и возвращенного к оптическому съемнику информации, и концентрации излучения на светочувствительных площадках в области меньшего торца 8 фотоприемника 4 и преобразования на своих светочувствительных светоотражающих боковых поверхностях 9 переотраженного от носителя 2 информации излучения в пропорциональный электрический сигнал.

Оптический съемник информации работает следующим образом.

Сигнал от источника излучения 1 оптического съемника информации посылают в лоцируемый объем пространства (сектор окружающей местности), в котором предположительно находится носитель 2 информации (например, оптический прицел и выходная оптика оптико-электронного прибора). Отраженное от носителя 2 информации и находящихся в непосредственной близости от него других объектов окружающей местности (деревьев, листвы, почвы и т.д.) в лоцируемом объеме пространства (секторе окружающей местности) излучение источника излучения 1 (так называемые блики) принимается пустотелыми конструкциями 5 в области их воображаемых больших торцов 6 фотоприемника 4, перемещается в направлении меньшего торца 8 пустотелых конструкций 5 и концентрируется светочувствительными светоотражающими боковыми поверхностями 9 пустотелых конструкций 5 на светочувствительных площадках в области меньшего торца 8.

Световые сигналы от носителя 2 информации и других объектов окружающей местности в лоцируемом объеме пространства (секторе окружающей местности) по мере прохождения пустотелых конструкций 5 в местах соприкосновения с их светочувствительными светоотражающими боковыми поверхностями 9, а также сконцентрированные на светочувствительных площадках в области меньшего торца 8, детектируются фотоприемником 4, формируя на выходе соответствующих электродов фотоприемника 4 электрический сигнал, пропорциональный интенсивности отраженного излучения от носителя 2 информации и других объектов окружающей местности в лоцируемом объеме пространства (секторе окружающей местности).

Выделение отраженного излучения (блика) от носителя 2 информации в сравнении с фоновым (солнечным, свет огня, фары и т.д.) излучением, а также диффузно-отраженным излучением источника излучения 1 от окружающей местности, обеспечивают, например, тем, что световой сигнал от носителя 2 информации на светочувствительных светоотражающих боковых поверхностях 9 и сконцентрированный на светочувствительных площадках в области меньшего торца 8 пустотелой конструкции 5 фотоприемника 4 преобразуют в электрический и подают последовательно на пороговое устройство интенсивности, где он обрабатывается цифровыми фильтрами и где происходит сравнение поступавшего электрического сигнала с пороговым [установленным на уровне электрических сигналов, поступающих от ложных целей - ложного отраженного излучения (ложных бликов)], что позволяет выделить полезный сигнал, поступающий на соответствующий электрод фотоприемника 4 на фоне подстилающей поверхности и сформировать код для отображения местоположения обнаруженного носителя 2 информации для последующей обработки и анализа сигнала.

В случае если угол наклона граней или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностей 9 пустотелых структур 5 к воображаемому основанию, формирующему воображаемый больший торец 6 соответствующей пустотелой структуры 5, свыше 68°, излучение от источника излучения 1 при многократном переотражении на гранях или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностях 9 пустотелых структур 5 перемещается в направлении меньшего торца 8 пустотелой структуры 5, отдавая при каждом последующем переотражении часть своей энергии в соответствии с коэффициентом поглощения материала граней или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностей 9 пустотелых структур 5, и приводит к последующей концентрации отраженного от носителя 2 информации излучения в области меньшего торца 8, что выражается в полном затухании падающего излучения в полостях пустотелых структур 5, которые превращаются в этом случае в так называемые «черные дыры», исключающие возможность выхода падающего в пустотелые структуры 5 излучения и, как следствие, потери хотя бы незначительной его части без преобразования в электрический сигнал фотоприемником 4.

То есть при угле наклона граней или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностей 9 пустотелых структур 5 к воображаемому основанию полостей, формирующему воображаемый больший торец 6 соответствующей пустотелой структуры 5, свыше 68° пустотелые структуры 5 начинают работать не на отражение и поглощение излучения от носителя 2 информации (соотношение между которыми зависит от угла наклона граней или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностей 9 пустотелых структур 5 к воображаемому основанию), а только на поглощение излучения от носителя 2 информации.

Наиболее эффективно вышеописанное правило для угла наклона граней или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностей 9 пустотелых структур 5 к воображаемому основанию, формирующему воображаемый больший торец 6 соответствующей пустотелой структуры 5, действует для пустотелых структур 5 конусообразной формы.

Для остальных типов пустотелых структур 5 с остроконечной, например пирамидальной, формой или с закругленной вершиной, например полуовальной, полушаровой, параболоидной, эллипсоидной и других форм, вышеописанное правило для угла наклона граней или боковых светочувствительных светоотражающих поверхностей 9 к их основанию трансформируется в тенденцию.

Выполнение пустотелых структур 5 из материала в виде трехслойной системы «металл с отражающими свойствами - оксид - полупроводник» позволяет преобразовывать световые сигналы в электрические. В качестве металла с высокоотражающими свойствами могут быть использованы медь, серебро, латунь, бронза, молибден, золото и т.д. соответствующей чистоты обработки светочувствительной светоотражающей поверхности 9. В качестве оксида могут быть использованы оксиды меди, серебра, молибдена и т.д. В качестве полупроводника могут быть использованы полупроводники на основе кремния, германия и др.

На основании вышеизложенного новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является:

1. Повышение эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов путем повышения полноты считывания в единицу времени поступающего сигнала за счет работы светочувствительных светоотражающих поверхностей пустотелых структур как элемента фотоприемника.

2. Повышение эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов путем повышения достоверности считывания за счет увеличения соотношения «сигнал-шум» в несколько раз по сравнению с прототипом.

3. Обеспечение выделения отраженного сигнала излучателя на фоне помех: фар автомашин, ламп освещения, светящихся окон квартир, при наличии яркого солнца, вспышки ракеты, открытого огня и т.д.

4. Упрощение управления предлагаемым оптическим съемником информации за счет исключения значительной части органов управления и настройки.

5. Применение предлагаемого оптического съемника информации на транспортных средствах, в судовождении, где необходимо иметь изображение всех объектов, находящихся перед транспортным средством, благодаря возможности пеленгации объектов за время обработки одного кадра по всему полю зрения с точностью нескольких метров.

6. По своим характеристикам предлагаемый оптический съемник информации может быть использован для наблюдения и обнаружения бликующих объектов, в том числе ведущих встречное наблюдение, например, во время военных действий, определения их координат.

В настоящее время в ФГУП «НПО Астрофизика» выпущена конструкторская документация на предложенный оптический съемник информации и изготовлены и испытаны образцы такого оптического съемника информации в соответствии с предложенным выше техническим решением.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1339599, G06K 7/14, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР №698019, G06K 7/14, 1979.

Изобретение относится к оптическому съемнику информации. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов путем повышения полноты и достоверности считывания поступающего сигнала. Оптический съемник информации содержит источник излучения, оптически связанный с носителем информации, полый непрозрачный корпус, внутри которого расположен фотоприемник, оптически связанный через соответствующий световод с носителем информации и обеспечивающий трансформацию переданного световодом отраженного от носителя информации излучения в электрический сигнал, при этом световоды выполнены как часть светочувствительной поверхности фотоприемника, при этом каждый световод выполнен в виде светочувствительной светоотражающей поверхности, формирующей пустотелую структуру, причем все пустотелые структуры обращены к носителю информации своими воображаемыми большими торцами, совмещенными с соответствующими входными отверстиями корпуса, и выполнены с переменным сечением, обеспечивающим возможность перемещения попавшего со стороны воображаемого большего торца отраженного от носителя информации излучения только в направлении меньшего торца световода и последующую концентрацию отраженного от носителя информации излучения в области меньшего торца. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптический съемник информации, содержащий источник излучения, оптически связанный с носителем информации, полый непрозрачный корпус, внутри которого расположены световоды переменного сечения, световод, обращенный большим торцом к носителю информации, световод, совмещенный торцом с входным отверстием корпуса, и фотоприемник, оптически связанный через соответствующий световод с носителем информации и обеспечивающий трансформацию переданного световодом к светочувствительной поверхности фотоприемника отраженного от носителя информации излучения в электрический сигнал, отличающийся тем, что световоды выполнены как часть светочувствительной поверхности фотоприемника, при этом каждый световод выполнен в виде светочувствительной светоотражающей поверхности, формирующей пустотелую структуру, причем все пустотелые структуры обращены к носителю информации своими воображаемыми большими торцами, совмещенными с соответствующими входными отверстиями корпуса, и выполнены с переменным сечением, обеспечивающим возможность перемещения попавшего со стороны воображаемого большего торца отраженного от носителя информации излучения только в направлении меньшего торца световода и последующую концентрацию отраженного от носителя информации излучения в области меньшего торца.

2. Съемник по п.1, отличающийся тем, что пустотелые структуры выполнены из материала в виде трехслойной системы «металл с отражающими свойствами - оксид - полупроводник».

3. Съемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что светочувствительные светоотражающие грани или боковые поверхности пустотелых структур выполнены под углом наклона к воображаемому основанию, формирующему больший торец соответствующей пустотелой структуры, превышающим 68°.

4. Съемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что пустотелые структуры выполнены конусообразной формы.