ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА Советский патент 2015 года по МПК G02B26/10 

Предлагаемое изобретение относится к области тепловизионных и пеленгационных средств и может быть использовано при разработке систем отображения окружающей тепловой обстановки, обнаружение на ее фоне более ярких малоразмерных объектов и определения их координат в инфракрасном диапазоне волн излучения и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт. свид. №1841058.

В основном изобретении по авт. свид. №1841058 (заявка №3177244/10) описана оптико-электронная система, использующаяся в устройствах, работающих в пассивном режиме работы в инфракрасном диапазоне волн излучения.

В состав этого устройства (см. фиг. 1) входят объектив 1, сканирующее устройство 2, содержащее сканирующую рамку 3, толкатель 4 и кулачок 5, редуктор 6, исполнительный электродвигатель 7, цилиндрическая линза 8 и система обработки информации, включающая линейный многоэлементный приемник лучистой энергии (ЛМПЛЭ) 9 с блоками питания 10, две группы линий задержки 11 и 12, электронные ключи 13, усилитель 14, синхронизатор 15, видеоконтрольное устройство (ВКУ) 16, счетно-решающее устройство 17, датчик угла поворота 18, пружина 19.

Сканирующая рамка 3 представляет собой прямоугольную непрозрачную тонкую пластину 20, в которой имеются узкие вертикальные щели 21. Высота щелей 21 и расстояние между ними равны соответственно размерам анализируемого кадра 22. Пластина 20 расположена в финальной плоскости объектива 1. На своем фокусном расстоянии от пластины 20 расположены простые цилиндрические линзы 23, установленные в держателе 24, который закреплен на пластине 20.

Кулачок представляет собой внешний дисковый кулачок. Он с двух сторон относительно оси Х на 135° очерчен по архимедовой спирали (участки СА и СБ), а между точками А и Б - прямой АБ. Заостренный толкатель 4 жестко соединен со сканирующий рамкой 3, которая соединена с пружиной 19.

Сигнальные выходы элементов ЛМПЛЭ 9 (кроме первого, который соединен непосредственно) через первую группу линий задержек 11 и электронные ключи 13 связаны со входом усилителя 14, выход которого соединен с первыми входами ВКУ 16 и счетно-решающего устройства 17. Второй и третий входы ВКУ соответственно соединены с первым и вторым выходами синхронизатора 15, третий выход которого соединен с питающими входами блоков питания 10 элементов ЛМПЛЭ 9, через вторую группу линий задержек 12 с управляющими входами электронных ключей 13, со вторым входом счетно-решающего устройства 17. Датчик угла поворота 18 соединен с редуктором 6, а его выход подключен к третьему входу счетно-решающего устройства 17 и четвертому входу ВКУ 16.

Работает устройство следующим образом.

Объектив 1 в своей фокальной плоскости формирует тепловую картину исследуемого участка пространства, которая определена размерами анализируемого кадра 22. Исполнительный электродвигатель 7 при помощи редуктора 6 вращает кулачок 5, который при помощи толкателя 4 перемещает прямолинейно сканирующую рамку 3.

Пружина 19 поджимает сканирующую рамку 3 к кулачку 5. При вращении кулачка 5 сканирующая рамка 3 будет перемещаться по оси Х декартовой системы координат. Ее щели 21 будут последовательно проходить анализируемый кадр 22. Одна щель выходит из кадра, другая входит в него. Количество щелей 21 в сканирующей рамке 3 определяется рабочим ходом кулачка 5 (отрезок СД) и шириной анализируемого кадра 22.

Поскольку кулачок 5 очерчен по архимедовой спирали, то щели 21 имеют постоянную скорость при прохождении анализируемого кадра 22. Когда любая щель 21 входит в анализируемый кадр 22, то излучение, вырезаемое этой щелью в фокальной плоскости объектива, поступает на одну из простых цилиндрических линз 23, с которой выходит параллельный пучок излучения. Этот параллельный пучок света поступает на цилиндрическую линзу 8, которая фокусирует его на ЛМПЛЭ 9.

Связи и работа устройства от ЛМПЛЭ 9 до счетно-решающего устройства 17 включительно не рассматриваются, поскольку они такие же, как и в основном изобретении и не касаются предмета изобретения.

В линейных многоэлементных приемниках излучения его элементы выполнены в виде квадрата с промежутками между ними, равными стороне квадрата. В такое исполнение приемника заранее заложены заниженные значения разрешения и чувствительности (по сравнению с приемником, если бы он был выполнен в виде линейки без промежутков и при этом его шумы были равны шумам одного элемента многоэлементного приемника).

Разрешение занижено в два раза, чувствительность - в четыре раза.

Целью предложенного устройства является увеличение разрешения устройства с одновременным повышением чувствительности.

Указанная цель достигается за счет того, что в оптико-электронной системе по авт. свид. №1841058 между сканирующим устройством и цилиндрической линзой, сопряженной с приемником лучистой энергии, введена под углом 45° к оптической оси устройства 50%-ная светоделительная пластина, а также сопряженные с ней вторая цилиндрическая линза и второй приемник лучистой энергии, аналогичные выше указанным, которые лежат в одной плоскости с ними и по высоте на один элемент приемника лучистой энергии смещены ниже их, причем система обработки информации второго приемника лучистой энергии аналогична системе обработки информации указанного, при этом выходы элементов второго приемника лучистой энергии через первую группу линий задержек подключены ко входу усилителя, а питающие входы блоков питания и управляющие входы электронных ключей через вторую группу линий задержек подключены к третьему выходу синхронизатора, причем линии задержек в первой системе обработки информации выполнены с дискретом (2N-2)τ_зад, а во второй - с дискретом (2N-1)τ_зад, где N - номер элемента, а τ_зад - время задержки.

Заявляемая оптико-электронная система соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, позволило выявить признак, отличающий заявляемое техническое решение от прототипа - наличие второго приемника излучения со своей цилиндрической линзой, связанного с первым приемником через 50%-ную светоделительную пластину и соответствующим образом расположенного в пространстве по отношению к нему.

Введение в заявляемое устройство второго приемника излучения позволяет в два раза увеличить количество строк наблюдаемого пространства, что соответствует увеличению разрешения наблюдаемых объектов в два раза.

За счет уменьшения кружка рассеяния объектива чувствительность устройства в целом также увеличивается в два раза.

Наличие совокупности указанных признаков соответствует тому, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", т.к. авторам и заявителю не известны технические решения с совокупностью указанных признаков.

В состав предложенного устройства (см. фиг. 1) входят объектив 1, сканирующее устройство 2, содержащее сканирующую рамку 3, толкатель 4 и кулачок 5, редуктор 6, исполнительный электродвигатель 7, 50%-ная светоделительная пластина 25, цилиндрические линзы 8 и 26, ЛМПЛЭ 9 и 27 с блоками питания 10 и 28, четыре группы линий задержки 11, 12, 29 и 30, электронные ключи 13 и 31, усилитель 14, синхронизатор 15, видеоконтрольное устройство 16, счетно-решающее устройство 17, датчик угла поворота 18, пружина 19.

Сканирующая рамка 3 представляет собой прямоугольную непрозрачную тонкую пластину 20, в которой имеются узкие вертикальные щели 21. Высота щелей 21 и расстояние между ними равны соответственно размерам анализируемого кадра 22. Пластина 20 расположена в фокальной плоскости объектива 1. На своем фокусном расстоянии от пластины 20 расположены простые цилиндрические линзы 23, установленные в держателе 24 и симметрично расположенные относительно щелей 21. Сам держатель 24 закреплен на сканирующей рамке 3.

Кулачок представляет собой дисковый кулачок. Он с двух сторон относительно оси Х на 135° очерчен по архимедовой спирали (участки СА и СБ), а между точками А и Б - прямой АБ. Заостренный толкатель 4 жестко соединен со сканирующей рамкой 3, которая соединена с пружиной №19.

Сигнальные выходы ЛМПЛЭ 9 и 27 соответственно через линии задержек 11, 29 и электронные ключи 13, 31 подсоединены ко входу усилителя 14. Питающие входы элементов ЛМПЛЭ 9 и 27 соответственно подключены к выходам блоков питания 10 и 28, входы которых параллельно подсоединены к выходу синхронизатора 15. Этот же выход синхронизатора 15 через линии задержек 12 и 30 подключен к управляющим входам ключей 13 и 31. Линии задержек 11 и 12 выполнены с дискретом (2N+2)τ_зад, а линии задержки 29 и 30 - с дискретом (2N+1)τ_зад, где N - номер элемента приемников излучения, а τ_зад - время задержки.

Цилиндрические линзы 8 и 26, ЛМПЛЭ 9 и 27 расположены в одной плоскости. Причем цилиндрическая линза 26 и ЛМПЛЭ 27 по высоте на один элемент приемника расположены ниже цилиндрической линзы 8 и ЛМПЛЭ 9.

Работает устройство следующим образом.

Объектив 1 в своей фокальной плоскости формирует тепловую картину исследуемого участка пространства, которая определена размерами анализируемого кадра 22. Исполнительный электродвигатель 7 при помощи редуктора 6 вращает кулачок 5, который при помощи толкателя 4 перемещает прямолинейно сканирующую рамку 3. Пружина 19 поджимает сканирующую рамку 3 к кулачку 5. При вращении кулачка 5 сканирующая рамка 3 будет перемещаться по оси Х декартовой системы координат. Ее щели 21 одновременно с простыми цилиндрическими линзами 23 будут последовательно проходить анализируемый кадр 22. Одна щель с простой цилиндрической линзой выходит из кадра, другая входит в него. Количество пар щель 21 и простая цилиндрическая линза 23 в сканирующей рамке 3 определяется рабочим ходом кулачка 5 (отрезок СД) и шириной анализируемого кадра 22.

Поскольку кулачок 5 очерчен по архимедовой спирали, то щели 21 имеют постоянную скорость при прохождении анализируемого кадра 22. Когда любая щель 21 входит в анализируемый кадр 22, то излучение, вырезаемое этой щелью в фокальной плоскости объектива 1, поступает на простую цилиндрическую линзу 23, фокус которой находится на фокальной плоскости объектива 1. С выхода простой цилиндрической линзы 23 поступает параллельный пучок излучения, который через 50%-ную светоделительную пластину 25 и цилиндрические линзы 8 и 26 поступает на ЛМПЛЭ 9 и 27.

Линии задержки 11, 12, 29, 30, ключи 13, 31 и блоки питания 10, 28 будут формировать изображение кадра, в котором количество строк будет в два раза больше по сравнению с известным устройством, т.е. промежутков в изображении строки теперь не будет. За счет этого разрешение устройства увеличивается в два раза.

В известном устройстве для уверенного приема сигнала от цели фокальное пятно должно иметь диаметр равный по величине двум сторонам элемента приемника сигналов. В этом случае потери сигнала достигают четырех раз. В предложенном устройстве диаметр пятна можно уменьшить в два раза. За счет этого чувствительность устройства возрастет в четыре раза. На 50%-ной светоделительной пластине сигнал уменьшится в два раза. В итоге и разрешение и чувствительность устройства возрастет в два раза.

Изобретение относится к области тепловизионных и пеленгационных средств. Система включает 50%-ную светоделительную пластину, установленную под углом 45° к оптической оси устройства между сканирующим устройством и цилиндрической линзой, сопряженной с приемником лучистой энергии, а также оптически сопряженные с указанной пластиной вторую цилиндрическую линзу и второй приемник лучистой энергии. Выходы элементов второго приемника лучистой энергии через первую группу линий задержек и электронные ключи второй системы обработки информации подключены ко входу усилителя. Питающие входы блоков питания второго приемника и управляющие входы электронных ключей через вторую группу линий задержек второй системы обработки подключены к третьему выходу синхронизатора. Линии задержек в первой системе обработки информации выполнены с дискретом (2N+2)τ_зад, а второй - с дискретом (2N+1)τ_зад, где N - номер элемента, а τ_зад - время задержки. Технический результат - увеличение разрешающей способности, повышение чувствительности. 2 ил.

Оптико-электронная система по авт. свид. №1841058, отличающаяся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности с одновременным повышением чувствительности, оно снабжено 50%-ной светоделительной пластиной, установленной под углом 45° к оптической оси устройства между сканирующим узлом и цилиндрической линзой и линейкой приемников лучистой энергии, оптически сопряженными через светоделительную пластину с выходом сканирующего узла, и смещенными по высоте на один элемент линейки приемников лучистой энергии, и дополнительной системой обработки информации, выполненной аналогично первой, при этом выходы дополнительной линейки приемников лучистой энергии через первую группу линий задержек и электронные ключи дополнительной системы обработки информации подключены ко входу усилителя, входы блоков питания второго приемника и управляющие входы электронных ключей через вторую группу линий задержек дополнительной системы обработки сигналов подключены к третьему выходу синхронизатора, линии задержек в первой системе обработки информации выполнены с дискретом (2N+2)τ_зад, а в дополнительной - с дискретом (2N+1)τ_зад, где N - номер элемента, а τ_зад - время задержки.