Прибор наблюдения - прицел со встроенным лазерным дальномером Российский патент 2020 года по МПК G02B23/12 F41G3/06 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено в системе управления огнем бронетанковой техники.

Известен прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером (патент RU 2526230 С1, приоритет 13.02.2013), содержащий однократный дневной канал и многократный дневно-ночной канал с переключением визуального наблюдения на электронно-оптический преобразователь, а также канал лазерного дальномера, в котором приемная ветвь совмещена с дневным однократным каналом, а передающая ветвь выполнена отдельной.

Дневной однократный канал включает в себя защитные стекла, призму-куб, объектив, состоящий из трех компонентов, коллектив, состоящий из двояковыпуклой линзы, наклонную плоскопараллельную дихроическую пластину, двухкомпонентную оборачивающую систему, прямоугольную призму, плоскопараллельную пластину, и окуляр, состоящий из четырех компонентов, первый из которых отрицательная плосковогнутая линза, обращенная вогнутостью к предмету, на плоской стороне которой нанесены прицельные знаки, второй - склеенная линза из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, третий компонент - склеенная линза двояковыпуклой и отрицательной выпукловогнутой линз, четвертый компонент - двояковыпуклая линза.

Оптический тракт приемного устройства включает объектив и коллектив однократного канала, дихроическую пластину, установленную между коллективом и оборачивающей системой однократного канала, пропускающую видимый спектральный диапазон и отражающую длину волны 1,54 мкм, согласующую оптическую систему, состоящую из трех компонентов, и фотоприемное устройство дальномера.

Недостатками этого устройства являются сложность исполнения раздельных дневных однократного и многократного каналов с переключением в многократном канале на электронно-оптический преобразователь для работы ночью, и необходимость в активной подсветке при недостаточной освещенности на местности. Использование визуального многократного канала с переключением его на электронно-оптический преобразователь затрудняет применение тепловизионного тракта во втором канале.

Наиболее близким по технической сущности является комбинированный прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером (патент RU 2698545 С2, приоритет 03.10.2017), содержащий оптический визуальный канал переменного увеличения, многократный тепловизионный канал, содержащий тепловизионный объектив, тепловизионное фотоприемное устройство, микродисплей и окуляр, а также канал лазерного дальномера, в котором приемная ветвь совмещена с дневным визуальным каналом, а передающая ветвь выполнена отдельной.

Оптический визуальный канал содержит защитные стекла, призму-куб, объектив, коллектив, двухкомпонентную оборачивающую систему, первый компонент которой содержит отрицательную выпукло-вогнутую линзу, отрицательную вогнуто-выпуклую линзу и двояковыпуклую положительную линзу, а второй компонент содержит положительную двояковыпуклую линзу и склеенную линзу, состоящую по ходу луча из отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, канал также содержит три прямоугольные призмы, плоскопараллельную пластину, корректор поля, выполненный в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы, подвижную и неподвижную сетки, окуляр и согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера.

Такой вариант прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером позволяет объединить два оптических визуальных канала - однократный и многократный каналы в один с переключением в нем на однократное (с увеличением 1 крат и полем зрения 49°) или многократное увеличение (с увеличением 8 крат и полем зрения 6°) подвижкой двух компонентов оборачивающей системы, и использовать в о втором канале тепловизионный тракт, обеспечивающий ночное наблюдение при недостаточной внешней освещенности без применения активной подсветки, с сохранением возможности размещения фотоприемного устройства дальномера в оптической системе объединенного дневного канала.

Недостатками этого устройства являются малое увеличение визуального однократного канала, равное 1 крат, так как практика применения оптических приборов малого увеличения показывает, что при рассматривании местности через систему с увеличением 1 крат все предметы кажутся наблюдателю несколько уменьшенными (Оптика в военном деле. Том 2. Под ред. С.И. Вавилова и М.В. Савостьяновой, - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва, Ленинград.: Изд. Академии Наук СССР, 1948, стр. 59.), а также малое угловое поле зрения визуального многократного канала, составляющее 6°, что ограничивает возможности боевой работы при увеличении 8 крат.

Задачей настоящего изобретения является повышение значения увеличения однократного оптического визуального канала с 1 крат до значения 1,2 крат с сохранением существующего поля зрения 49° и качества изображения, а также увеличение поля зрения многократного оптического визуального канала с 6° до значения 7,5° с сохранением существующего увеличения 8 крат и качества изображения.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в приборе наблюдения-прицеле со встроенным лазерным дальномером, содержащем головную часть, состоящую из защитных стекол, призмы-куба и головного зеркала, и два вертикально расположенных канала: визуальный оптический переменного увеличения и многократный тепловизионный, содержащий тепловизионный объектив, тепловизионное фотоприемное устройство, микродисплей и окуляр, визуальный оптический канал содержит объектив, коллектив, оборачивающую систему, в которой первый компонент состоит из трех линз - отрицательной выпукло-вогнутой линзы, отрицательной вогнуто-выпуклой линзы и двояковыпуклой положительной линзы, три прямоугольные призмы, плоскопараллельную пластину, корректор поля, подвижную и неподвижную сетки, окуляр и согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера, в отличие от известного, оборачивающая система содержит три компонента, причем второй компонент оборачивающей системы является положительной вогнуто-выпуклой линзой, третий компонент - склейкой из отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, а корректор поля представляет собой положительную вогнуто-выпуклую линзу, при этом первый, второй и третий компоненты оборачивающей системы выполнены подвижными вдоль оптической оси в два крайних положения с величинами осевых перемещений, подчиняющимися следующим соотношениям:

;

;

где Δd_1k-ob - величина осевого перемещения первого компонента оборачивающей системы;

Δd_2k-ob - величина осевого перемещения второго компонента оборачивающей системы;

Δd_3k-ob - величина осевого перемещения третьего компонента оборачивающей системы.

Схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером в положении компонентов оборачивающей системы для разных увеличений показана на фигурах 1 и 2.

Прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером содержит защитные стекла 1 и 2, общую входную головную призму-куб 3, объектив 4, 5, 6 и 7, вторую призму-куб 8, фотоприемное устройство дальномера 9, согласующую линзу 10, коллектив 11, первый компонент оборачивающей системы 12, 13 и 14, второй компонент оборачивающей системы 15, третий компонент оборачивающей системы 16 и 17, прямоугольные призмы 18, 19 и 20, плоскопараллельную пластинку 21, корректор поля 22, подвижную и неподвижную сетки 23, окуляр 24, 25, 26, 27 и 28 и выходной зрачок 29.

Конструктивные параметры варианта прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером приведены в таблице 1.

На фигуре 1 показана схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером при положении компонентов оборачивающей системы при однократном увеличении. Схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером при положении компонентов оборачивающей системы при многократном увеличении показана на фигуре 2.

Технические параметры прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером приведены в таблице 2.

Принцип действия прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером заключается в следующем.

Излучение от предмета проходит через защитные стекла 1, 2 и призму-куб 3. Объектив 4, 5, 6 и 7 оптического канала строит перевернутое изображение предмета и одновременно является объективом оптического тракта приемного устройства лазерного дальномера, в котором отраженное от предмета лазерное излучение с длиной волны 1,54 мкм отражается от дихроической поверхности второй по ходу луча призмы, входящей в призму-куб 8, и фокусируется положительной линзой 10 на фотоприемном устройстве дальномера 9. Коллективная линза 11 уменьшает габаритные размеры последующих оптических компонентов. Первый компонент оборачивающей системы 12, 13 и 14, совместно со вторым компонентом 15 и третьим компонентом 16 и 17, осуществляют оборачивание изображения и перенос его в фокальную плоскость окуляра 24, 25, 26, 27 и 28, в которой установлены подвижная и неподвижная сетки 23, на которых нанесены прицельные знаки и шкалы. Корректор поля, выполненный в виде положительной вогнуто-выпуклой линзы 22, осуществляет исправление полевых аберраций оптического канала. Прямоугольные призмы 18, 19 и 20 формируют перископичность оптического канала, а светофильтр 21 осуществляет защиту от остаточного лазерного излучения. Первый 12, 13, 14, второй 15 и третий 16, 17 компоненты оборачивающей системы выполнены подвижными вдоль оптической оси в два крайних положения, показанных на фиг. 1 и фиг. 2, за счет чего обеспечивается соответственно однократное и многократное увеличение в оптическом канале, при этом выполняются следующие соотношения:

;

;

где Δd_1k-ob - величина осевого перемещения первого компонента оборачивающей системы;

Δd_2k-оb - величина осевого перемещения второго компонента оборачивающей системы;

Δd_3k-оb - величина осевого перемещения третьего компонента оборачивающей системы.

Значения переменных воздушных промежутков между компонентами приведены в таблице 3.

Величины осевого перемещения компонентов оборачивающей системы в этом варианте исполнения соответственно равны: Δd_1k-ob=76,2 мм, Δd_2k-оb=65,4 мм, Δd_3k-оb=82,1 мм и удовлетворяют приведенным соотношениям.

Такой прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером обеспечивает восприятие предметов такой же величины, как и при наблюдении невооруженным глазом, за счет повышения значения оптического увеличения однократного визуального канала до значения 1,2 крата.

Значение выбрано, исходя из следующих рекомендаций. Рекомендуемые значения увеличения для морских перископов лежат в пределах (1,2÷1,5) крат (К.Е. Солодилов. Военные оптико-механические приборы. Государственное изд-во оборонной промышленности, Москва, 1940, стр. 53-54). Для сухопутных применений в системах управления огнем бронетанковой техники целесообразно использовать нижнее значение увеличения, равное 1,2 крат, при этом сохраняется существующее поле зрения 49° и качество изображения, а также обеспечивается увеличение поля зрения многократного визуального канала с 6° до значения 7,5° с сохранением оптического увеличения визуального канала 8 крат и качества изображения.

Оценка качества оптического изображения целесообразно проводить с учетом возможностей глаза (Н.П. Заказнов, С.И. Кирюшин, В.Н. Кузичев. Теория оптических систем: Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов, - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 448 с.: стр. 344.) и руководствуясь рекомендованными для биноклей, геодезических инструментов значениями остаточной угловой сферической аберрации 1…2', а с учетом хроматизма - 2…3'.

Расчетная оценка качества изображения проводилась по значениям поперечных аберраций в фокальной плоскости параксиальной линзы с фокусным расстоянием 100 мм, установленной в выходном зрачке канала. При таком способе соотношение поперечных и угловых аберраций составляет: 10 мкм=20,6''.

Остаточная угловая сферическая аберрация по среднеквадратичному отклонению в центре поля зрения канала 1,2 крат составит:

23,743×20,6/10=48,9'' или 0,815'.

Остаточная угловая сферическая аберрация по среднеквадратичному отклонению в центре поля зрения канала 8 крат с учетом хроматизма составит:

82,168×20,6/10=169,2'' или 2,821'.

Как видно из расчетов, качество изображения в центральной части поля зрения при каждом из увеличений соответствует высоким критериям допусков по остаточным аберрациям.

Прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером обеспечивает повышение значения увеличения однократного оптического визуального канала с 1 крат до значения 1,2 крат с сохранением существующего поля зрения 49° и качества изображения, а также увеличение поля зрения многократного оптического визуального канала с 6° до значения 7,5° с сохранением существующего увеличения 8 крат и качества изображения.

Прибор может быть применен в оптико-электронных приборах систем управления огнем бронетанковой техники. Прибор наблюдения – прицел содержит головную часть и два вертикально расположенных канала: визуальный оптический переменного увеличения и многократный тепловизионный. Оборачивающая система визуального оптического канала содержит три компонента. Первый компонент состоит из отрицательной выпукло-вогнутой, отрицательной вогнуто-выпуклой и двояковыпуклой линз, второй содержит положительную вогнуто-выпуклую линзу, третий – склейку из отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы. Корректор поля – положительная вогнуто-выпуклая линза. Первый, второй и третий компоненты оборачивающей системы выполнены подвижными вдоль оптической оси в два крайних положения. Технический результат – обеспечение восприятие предметов такой же величины, как и при наблюдении невооруженным глазом, за счет повышения значения оптического увеличения однократного визуального канала и увеличение поля зрения многократного оптического визуального канала. 3 табл., 2 ил.

Прибор наблюдения - прицел со встроенным лазерным дальномером, содержащий головную часть, состоящую из защитных стекол, призмы-куба и головного зеркала, и два вертикально расположенных канала: визуальный оптический переменного увеличения и многократный тепловизионный, содержащий тепловизионный объектив, тепловизионное фотоприемное устройство, микродисплей и окуляр, визуальный оптический канал, содержащий объектив, коллектив, оборачивающую систему, в которой первый компонент состоит из трех линз - отрицательной выпукло-вогнутой линзы, отрицательной вогнуто-выпуклой линзы и двояковыпуклой положительной линзы, три прямоугольные призмы, плоскопараллельную пластину, корректор поля, подвижную и неподвижную сетки, окуляр и согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера, отличающийся тем, что оборачивающая система содержит три компонента, причем второй компонент оборачивающей системы является положительной вогнуто-выпуклой линзой, третий компонент - склейкой из отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, а корректор поля представляет собой положительную вогнуто-выпуклую линзу, при этом первый, второй и третий компоненты оборачивающей системы выполнены подвижными вдоль оптической оси в два крайних положения с величинами осевых перемещений, подчиняющимися следующим соотношениям:

;

;

где Δd_1k-ob - величина осевого перемещения первого компонента оборачивающей системы;

Δd_2k-оb - величина осевого перемещения второго компонента оборачивающей системы;

Δd_3k-оb - величина осевого перемещения третьего компонента оборачивающей системы.