Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком



Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком
Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком
Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком

Владельцы патента RU 2647516:

Акционерное общество "Государственный оптический институт имени С.И. Вавилова" (АО "ГОИ им. С.И. Вавилова) (RU)

Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком содержит лазерный диод, коллимирующий объектив, дифракционную решетку пропускающего типа, голографический формирователь неподвижной метки в виде объемной пропускающей голограммы, стеклянную пластинку, выполняющую роль световода. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и веса за счет совмещения функций четырех оптических элементов в одном элементе. 2 ил.

 

Изобретение относится к голографическим коллиматорным прицелам, формирующим мнимое изображение неподвижной прицельной марки с помощью оптической системы, включающей голограммный оптический элемент (ГОЭ). Прицел должен удовлетворять основным требованиям, к которым относится минимизация габаритов и массы прицела, а также минимизация аберраций и компенсация изменения длины волны излучения лазерного диода, вызванного изменением температуры окружающей среды.

В литературе описаны оптические схемы подобных голографических коллиматорных прицелов, как российских, так и зарубежных авторов.

В [1] описана оптическая схема голографического коллиматорного прицела, в котором в качестве коллиматора используется двухлинзовая оптическая система и набор дифракционных решеток для компенсации изменения длины волны лазерного излучения. Из-за большого количества элементов, входящих в состав прицела [1], он обладает повышенной массой и значительными габаритами.

Прицел [2] обеспечивает компенсацию изменения длины волны излучения при небольших изменениях окружающей температуры, но коллиматор, представляющий собой сферический элемент с двумя разными радиусами кривизны (зеркало Манжена), сложен в изготовлении и обладает относительно большими массой и габаритами.

Прицел [3] удовлетворяет требованиям, связанным с компенсацией дрейфа длины волны лазерного диода, имеет меньшие габариты и вес за счет уменьшения числа оптических элементов, но обладает низкой эффективностью использования восстанавливающего излучения, что влечет либо повышенные требования к источнику питания излучателя, либо увеличение емкости источника, а значит, его габаритов и габаритов прицела в целом.

Схема [3], взятая в качестве прототипа, является наиболее близким из аналогов к заявленной схеме голографического коллиматорного прицела, поскольку для решения основной задачи она имеет наименьшее количество оптических элементов.

Задачей данного изобретения является создание прицела с минимально возможными массой и габаритами, с повышенной эффективностью использования восстанавливающего излучения лазерного диода с сохранением основных технических требований, предъявляемых к коллиматорным голографическим прицелам.

Предлагаемый голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком содержит лазерный диод, коллимирующий объектив, дифракционную решетку и голографический формирователь изображения неподвижной метки. В отличие от прототипа дифракционная решетка выполнена пропускающей, приклеенной к световоду, представляющему собой склейку нескольких стеклянных пластин, одна из которых содержит на своей поверхности голографический формирователь изображения неподвижной метки в виде пропускающей голограммы, обладающей угловой селективностью, при этом несущие пространственные частоты дифракционной решетки и голограммы равны друг другу и удовлетворяют условию , где vg и vh - несущие пространственные частоты дифракционной решетки и голограммы соответственно, - угол полного внутреннего отражения в материале световода, λn - длина волны источника излучения в материале световода, причем апертуры дифракционной решетки и голографического формирователя изображения неподвижной метки пространственно разнесены по поверхности световода так, что плоскости их дифракционных сечений параллельны, при этом линейная апертура голографического формирователя изображения неподвижной метки равна размеру выходного зрачка прицела, а линейная апертура дифракционной решетки связана с угловой апертурой источника излучения соотношениями X ≈ 2Fαmin, Y ≈ 2Fαmax, где X, Y - линейные размеры апертуры дифракционной решетки в дифракционном сечении, где соответственно F - фокусное расстояние коллимирующего объектива, αmin и αmax - минимальная и максимальная угловые апертуры источника излучения, при этом величины апертур X и Y связаны с толщиной световода и диаметром зрачка глаза оператора соотношениями X ≈ 2dtgαf, X и Y≥s, где d - толщина световода, s - диаметр зрачка глаза оператора.

На Фиг. 1 представлена схема коллиматорного голографического прицела с синтезированным зрачком, содержащая лазерный диод 1, коллимирующий объектив 2, дифракционную решетку 3, голограмму неподвижной метки 4 и световод 5. Дифракционная решетка пропускающего типа 3 приклеена к световоду 5, выполненному в виде склейки нескольких стеклянных пластин, одна из которых содержит на своей поверхности голограмму неподвижной метки 4, в качестве которой используется обладающая угловой селективностью пропускающая голограмма с несущей пространственной частотой, равной частоте дифракционной решетки и удовлетворяющей условию , где vg и vh - несущие пространственные частоты дифракционной решетки и голографического формирователя изображения неподвижной метки соответственно, - угол полного внутреннего отражения в материале световода, λn - длина волны источника излучения в материале световода [3]. Апертуры дифракционной решетки и голограммы пространственно разнесены по поверхности световода, но плоскости их дифракционных сечений параллельны. Линейная апертура дифракционной решетки связана с угловой апертурой источника излучения соотношениями X ≈ 2Fαmin, Y ≈ 2Fαmax, где X, Y - линейные размеры апертуры дифракционной решетки в дифракционной плоскости соответственно, F - фокусное расстояние коллимационного объектива, αmin и αmax - соответственно минимальная и максимальная угловые апертуры лазерного диода. Линейная апертура голограммы равна размеру выходного зрачка прицела. Величины апертур X и Y связаны с толщиной световода и диаметром зрачка глаза оператора соотношениями X ≈ 2dtgαf, X и Y≥s, где d - толщина световода, s - диаметр зрачка глаза оператора.

Ход лучей в оптической схеме представлен на Фиг. 2, где 1 - лазерный диод; 2 - коллимирующий объектив; 3 - дифракционная решетка; 4 - голограмма неподвижной метки; 5 - световод (стеклянный); 6 - эмульсионный слой формирователя прицельной метки; 7 - главный луч; α - угол дифракции.

Источник монохроматического излучения, в качестве которого используется лазерный диод 1, имеющий эллипсообразное распределение интенсивности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, освещает коллимирующий объектив 2. Для эффективного использования излучения лазерного диода коллимирующий объектив 2 изготавливается такой формы, чтобы его апертура была максимально заполнена излучением лазерного диода 1 как по горизонтальной, так и по вертикальной оси. Размеры X и Y дифракционной решетки в дифракционной плоскости должны превышать диаметр зрачка оператора, который обычно лежит в пределах 6-8 мм. Объемная дифракционная решетка пропускающего типа 3, приклеенная к подложке голограммы 4, дифрагирует падающий коллимированный пучок под углом α. К голограмме 4 со стороны эмульсионного слоя приклеена стеклянная пластина 5, выполняющая роль световода. Несущая частота решетки подобрана таким образом, что угол дифракции α для длины волны лазерного диода λn равен или превышает угол полного внутреннего отражения в стекле . Отразившись от задней поверхности световода 5, пучок падает на голограмму, создавая опорную волну для восстановления изображения неподвижной метки с апертурой, равной апертуре дифракционной решетки. После отражения от задней поверхности подложки голограммы пучок снова падает на заднюю поверхность световода и, отражаясь, создает очередной восстанавливающий пучок. Таким образом, по частям синтезируется выходной зрачок формирователя неподвижной метки. Для того чтобы полностью заполнить выходную апертуру прицела и обеспечить компенсацию дрейфа длины волны излучения лазерного диода, необходимо выполнить определенные условия (см. Фиг. 2).

На Фиг. 2 изображен ход лучей в схеме коллиматорного голографического прицела с синтезированным зрачком, из которой следует, что толщина подложки голограммы d1 и толщина стеклянной пластины d2 связаны с величиной зрачка s следующим уравнением:

s=2(d1+d2)tgα.

В нашем случае угол α должен удовлетворять условию:

α≥αf.

Исходя из формулы дифракционной решетки

вычислим ее пространственную частоту vg в зависимости от длины волны и необходимого угла дифракции:

,

где α≥αf, n - показатель преломления стекла. Поскольку голограмма и дифракционная решетка в данной схеме параллельны, то для компенсации дрейфа длины волны лазерного источника достаточно [3], чтобы несущая пространственная частота голограммного элемента vh и несущая пространственная частота дифракционной решетки vg были равны, т.е.

vh=vg.

Голограмма неподвижной метки представляет из себя объемную фазовую голограмму, характеризующуюся высоким коэффициентом пропускания в видимом, особенно в красном, диапазоне спектра, что делает несущественным поглощение света в эмульсионном слое, а свет, прошедший эмульсионный слой и отраженный под углом полного внутреннего отражения от внутренней поверхности стеклянной подложки голограммы, не будет восстанавливать изображение, поскольку для него не выполняются соответствующие условия Брэгга.

Таким образом, данное изобретение позволяет совместить функции сразу четырех оптических элементов (коллимирующего объектива, дифракционной решетки, пропускающей голограммы неподвижной метки и световода) в одном элементе, что дает возможность уменьшить вес и габариты прицела, а также более эффективно использовать излучение лазерного диода, сохраняя основные технические требования, предъявляемые к голографическим коллиматорным прицелам.

Источники информации

1. Ковалев М.С., Козинцев В.И., Лушников Д.С., Маркин В.В, Одиноков С.Б. Способ компенсации изменения положения прицельного знака и голографический коллиматорный прицел. Патент РФ №2355989, опубл. 20.05.2009.

2. Anthony М. Tai, Northville, MI (US); Eric J. Sieczka, Saline, MI (US). Lightweight holographic sight, Patent USA No 6490060 of Dec. 03, 2002.

3. Квитко С.С., Корешев С.Н., Шевцов М.К. Голографический коллиматорный прицел. Патент РФ №135426, опубл. 10.12.2013.

Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком, содержащий лазерный диод, коллимирующий объектив, дифракционную решетку и голографический формирователь изображения неподвижной метки, отличающийся тем, что дифракционная решетка выполнена в виде пропускающей, приклеенной к световоду, представляющему собой склейку нескольких стеклянных пластин, одна из которых содержит на своей поверхности голографический формирователь изображения неподвижной метки, выполненный в виде обладающей угловой селективностью пропускающей голограммы, при этом несущие пространственные частоты дифракционной решетки и голограммы неподвижной метки равны друг другу и удовлетворяют условию где νg и νh - несущие пространственные частоты дифракционной решетки и голограммы соответственно, - угол полного внутреннего отражения в материале световода, λn - длина волны источника излучения в материале световода, причем апертуры дифракционной решетки и голограммы пространственно разнесены по поверхности световода так, что плоскости их дифракционных сечений параллельны, при этом линейная апертура голограммы равна размеру выходного зрачка прицела, а линейная апертура дифракционной решетки связана с угловой апертурой источника излучения соотношениями X≈2Fαmin, Y≈2Fαmax, где X, Y - линейные размеры апертуры дифракционной решетки в дифракционном сечении, где соответственно F - фокусное расстояние коллимирующего объектива, αmin и αmax - минимальная и максимальная угловые апертуры источника излучения, при этом величины апертур X и Y связаны с толщиной световода и диаметром зрачка глаза оператора соотношениями X≈2dtgαf, X и Y≥s, где d - толщина световода, s - диаметр зрачка глаза оператора.



 

Похожие патенты:

Оптическая система прицела состоит из расположенных по ходу лучей объектива, плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами, оборачивающей системы, полевой диафрагмы и окуляра.

Оптическое устройство относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах, предназначенных для внешнетраекторных измерений в космической геодезии и полигонных измерениях.

Телескоп // 2603820
Предлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к телескопическим оптическим системам, используемым для измерения параллельности визирных осей двух или более контролируемых оптических систем в видимом диапазоне спектра.

Изобретение относится к области обработки изображений и, в частности, к способу обнаружения движущегося объекта в захваченных изображениях, например, космических обломков.

Способ исследования изменений климата Земли заключается в том, что измерительную систему, включающую два идентичных оптических телескопа, располагают на видимой поверхности Луны.

Изобретение относится к области обработки изображений, в частности к способу обнаружения движущегося объекта, например космических обломков, исходя из захваченных изображений.

Изобретение может быть использовано, например, в лазерных дальномерах. Телескопическая оптическая система типа Галилея состоит по ходу лучей из объектива и окуляра.

Сайдоскоп // 2560247
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно телескопам. Телескоп содержит корпус, входной объектив, фильтр, параболическое зеркало и приемник излучения, расположенный в стороне от оптической оси телескопа, защитный экран с приемным окном, фильтр расположен на пути излучений перед главным зеркалом, приемник излучения включает приемную резисторную матрицу, расположенную в приемном окне так, чтобы лучи, отраженные от зеркала, фокусировались бы только на приемной резисторной матрице, состоящей из N столбцов и M строк, N-канальный аналоговый ключ, M малошумящих дифференциальных усилителей, M цифроаналоговых преобразователей, источник опорного напряжения, М аналого-цифровых преобразователей, M цифровых сумматоров, M-входовый регистр сдвига, микроконтроллер, персональный компьютер, приемник спутниковой навигационной системы, устройство синхронизации, цифровой датчик температуры, конструктивно связанный с подложкой резисторной матрицы, и вентилятор воздушного охлаждения, конструктивно связанный с обратной стороной резисторной матрицы, питание на который поступает от микроконтроллера через устройство синхронизации.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в устройствах для контроля сбиваемости прицелов в процессе стрельбовых испытаний. Устройство для контроля положения линии визирования прицелов на стрелковом оружии содержит лазер и сетку с контрольной точкой для наведения линии визирования контролируемого прицела, при этом оно дополнительно содержит коллимационно-измерительный блок, содержащий коллимационный канал с установленной в нем упомянутой сеткой, формирующий удаленное изображение сетки, и измерительный канал, содержащий объектив, на оптической оси которого установлен светоделительный элемент, а в фокальных плоскостях установлены лазер и позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, фиксирующее положение пятна лазерного излучения, зеркало, оснащенное устройством его крепления на оружии с однозначной ориентацией нормали зеркала относительно оси канала ствола оружия, а также устройство вычисления координат лазерного пятна на позиционно-чувствительном фотоприемном устройстве, входом соединенное с выходом позиционно-чувствительного фотоприемного устройства, причем коллимационно-измерительный блок закреплен на опоре на жестком основании, на котором также закреплена опора для установки оружия с контролируемым прицелом, при этом, по крайней мере, одна из упомянутых опор выполнена с возможностью угловой и линейной регулировки по вертикали и горизонту для оптического сопряжения контролируемого прицела и лазерного излучения, отраженного от зеркала, с коллимационно-измерительным блоком.

Телескоп включает корпус (1) с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало (2) с центральным отверстием (3), вторичное выпуклое гиперболическое зеркало (4) и фотоприемное устройство (5), установленное в фокальной плоскости телескопа.

Оптическая система проекционного бортового индикатора содержит сферическое светоделительное зеркало (комбинер). Также система содержит вторичное зеркало, выполненное в виде клина и со сферической отражающей и преломляющей поверхностями, линзовую проекционную оптическую систему, выполненную из трех компонентов.

Способ передачи визуальной информации водителю транспортного средства и устройство отображения информации основаны на объединении двух оптических систем отображения изображений: системы отображения виртуального изображения и системы отображения действительного изображения.

Система может быть использована при создании оптических систем нашлемных дисплеев, например, для индивидуальной экипировки бойца. Система содержит первый компонент - комбинер, установленный под углом к оптической оси системы, второй компонент, содержащий первую двояковыпуклую линзу и вторую выпукло-вогнутую линзу, которые децентрированы и наклонены относительно оптической оси системы, излучающий микродисплей, установленный под углом к оптической оси системы, и электронный блок обработки информации.

Изобретение относится к устройствам для защиты головы человека и касается шлема с проекционной системой. Шлем содержит контроллер управления, видеокамеру, блок приема/передачи данных, блок распознавания речи, блок определения пространственного положения шлема и оптическую систему.

Оптический прицел включает общий окуляр и два параллельно расположенных оптических канала с различным увеличением, каждый из которых содержит размещенные по ходу лучей объектив, сетки и оборачивающую систему.

Оптическая система содержит вогнутое сферическое светоделительное зеркало с радиусом кривизны R, плоское светоделительное зеркало, установленное наклонно к оптической оси, сферический диффузно-рассеивающий экран, проекционный объектив, жидкокристаллический дисплей и конденсор.

Оптический модуль содержит полупроводниковый элемент (4) с чувствительной к электромагнитному излучению поверхностью и объектив (1) для проецирования электромагнитного излучения на чувствительную поверхность полупроводникового элемента (4).

Способ может быть использован для наблюдения Земли из космоса с использованием матричной телевизионной системы для измерения ориентации визирной оси телекамеры по изображению горизонта Земли с помощью построения местной вертикали.

Изобретение может использоваться на космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли, снимки с которых должны удовлетворять жестким требованиям по координатной привязке, и в качестве средства определения ориентации КА.

Прицел содержит объектив, коллектив, плоскопараллельную пластинку с прицельной маркой и шкалами, оборачивающую систему, полевую диафрагму и окуляр. В объективе корригируют аберрации в пределах углового поля, равного сумме наибольшей величины углового поля прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси.

Способ создания двухканальных информационных коллиматорных систем включает в себя размещение на оптической оси объектива и двух индикаторов, один из которых является индикатором просветного типа.

Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком содержит лазерный диод, коллимирующий объектив, дифракционную решетку пропускающего типа, голографический формирователь неподвижной метки в виде объемной пропускающей голограммы, стеклянную пластинку, выполняющую роль световода. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и веса за счет совмещения функций четырех оптических элементов в одном элементе. 2 ил.

Наверх