Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером

Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов. Отраженный канал выполнен дальномерным и содержащим первый компонент в виде положительной линзы, второй компонент в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала. Выполняются соотношения: dли<dфп≤5⋅dли, где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера; dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного излучателя. Технический результат - уменьшение количества оптических компонентов и упрощение оптической системы прицела с сохранением качества оптического изображения и возможности измерения дальности через единую входную оптику. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено для тепловизионных приборов и прицелов с функцией измерения дальности, используемых в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известна оптическая система однозрачкового прицела с лазерным дальномером (патент RU 2560347 С1, опубл. 20.08.2015), содержащая визуальный и дальномерный каналы прицела с общей входной оптикой, содержащей спектроделительный кубик, формирующий канал встроенного лазерного дальномера, содержащий отрицательную линзу, четвертьволновую фазовую пластинку, поляризационный сплиттер, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную часть, каждая из которых содержит фокусирующие линзы.

Недостатком этой оптической системы является невозможность ночного наблюдения и сложность исполнения дальномерного канала прицела.

Наиболее близкой по технической сущности является однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (патент RU 2581763 С2, опубл. 20.04.2016), содержащая общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон телевизионного канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем отраженный телевизионный канал выполнен двухкомпонентным, между компонентами которого установлен спектроделительный кубик, пропускающий спектральный диапазон телевизионного канала и отражающий длину волны дальномерного канала, содержащего коллимирующую двухкомпонентную оптику, четвертьволновую фазовую пластинку, поляризационный сплиттер, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную часть, каждая из которых содержит двухкомпонентный объектив сопряжения.

Недостатком этой оптической системы является сложность исполнения телевизионного и дальномерного каналов прицела.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества оптических компонентов и упрощение оптической системы прицела с сохранением качества оптического изображения и возможности измерения дальности через единую входную оптику оптической системы.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в оптической системе однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером, содержащей общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов, в отличие от известного, отраженный канал выполнен дальномерным, содержащим первый компонент, выполненный в виде положительной линзы, второй компонент, выполненный в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала, при этом выполняются следующие соотношения:

dли<dфп≤5⋅dли,

где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;

dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.

Такая оптическая система обеспечивает сохранение качества оптического изображения, а также измерение лазерным дальномером дальности до объекта наблюдения через один общий входной зрачок оптической системы с уменьшением количества оптических компонентов и с упрощением оптической системы прицела.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером, в отличие от известной, содержит плоское отражающее зеркало в одной из ветвей лазерного дальномера, расположенное под углом к оптической оси, при этом выполняются следующие соотношения:

,

где αпз - угол наклона плоского отражающего зеркала к оптической оси;

αпзо - угол наклона плоского зеркала с осевым отверстием к оптической оси.

Оптическая схема оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по варианту 1 показана на фиг. 1.

Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, состоящий из менисковой линзы 1, спектроделительной пластинки 2 с дихроичным покрытием, пропускающим спектральный диапазон (например, 8÷14) мкм и отражающим спектральный диапазон (например, 0,6÷1,6) мкм, оптический канал в проходящем через спектроделительную пластинку 2 с дихроичным покрытием направлении, состоящий из положительной линзы 3 и положительной линзы 4, оптический канал в отраженном от пластинки с дихроичным покрытием направлении, содержащий положительную линзу 7, плоское зеркало 8 с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, фотоприемник 9 и полупроводниковый лазерный излучатель 10.

Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.

Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:

расчетная длина волны 10,6 мкм
рабочий спектральный диапазон (8,0÷13,5) мкм
фокусное расстояние 38,5 мм
диаметр входного зрачка 35,0 мм
линейное поле зрения 13,6 мм
относительное отверстие 1: 1,1

Параметры такого варианта исполнения оптической системы для дальномерного канала на длине волны лазерного диода 1,54 мкм:

расчетная длина волны 1,54 мкм
фокусное расстояние 104,92 мм
диаметр входного зрачка 40,0 мм
эквивалентный диаметр входного зрачка 28 мм (излуч)
28 мм (ф/п)
эквивалентное относительное отверстие 1:3,7
апертурный угол 0÷15,2° (излуч)
15,2÷21,5° мм (ф/п)

- вариант предполагает одинаковое эквивалентное фокусное расстояние для излучающей и приемной ветвей дальномерного канала. Выбор другого значения эквивалентного фокусного расстояния осуществляется перерасчетом значений R13, R14.

Оптическая схема оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по второму варианту показана на фиг. 2.

Здесь в дальномерный канал введено плоское зеркало 11, ломающее оптическую ось излучающей ветви дальномера. Конструктивные параметры второго варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 2.

Принцип действия оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером заключается в следующем.

Первый компонент 1, выполненный в виде мениска, в сочетании со вторым компонентом 2, выполненным в виде спектроделительной пластинки с дихроичным покрытием на первой поверхности, является единым входным окном для трех каналов - тепловизионного, излучающего дальномерного и приемного дальномерного, работающих в различных спектральных диапазонах.

Оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении выполнен из двух компонентов 3 и 4, выполненных в виде положительных менисковых линз, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций на фоточувствительной площадке 6 фотоприемника с защитным стеклом 5 в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм.

Оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении выполнен дальномерным и состоит из положительной линзы 7, формирующей необходимое фокусное расстояние. Плоское зеркало 8 с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, осуществляет апертурное разделение, пропуская через осевое отверстие центральную часть входного зрачка для излучателя дальномера и отражая кольцевую внешнюю зону входного зрачка для фотоприемника дальномера, при этом размеры излучающей части излучателя и приемной площадки фотоприемника выбираются из соотношения:

dли<dфп≤5⋅dли,

где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;

dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.

Выполнением этого соотношения обеспечивается гарантированное превышение поля зрения фотоприемника над угловой расходимостью излучающего пучка.

Принцип действия оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по второму варианту заключается в том, что одна из ветвей лазерного дальномера, например излучающая, содержит плоское отражающее зеркало 11, расположенное под углом к оптической оси, при этом выполняются следующие соотношения:

αпз≥αпзо,

где αпз - угол наклона плоского отражающего зеркала к оптической оси;

αпзо - угол наклона плоского зеркала с осевым отверстием к оптической оси.

Выполнение этого соотношения для угла наклона плоского зеркала 11, меняющего угловое положение оптической оси излучающей ветви дальномерного канала, позволяет уменьшить габаритные размеры оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером.

В излучающей ветви дальномерного канала обеспечивается максимальная величина кружка рассеяния ~ 17,1 мкм, что дает увеличение изображения пятна излучения на цели с 1,72 м до 1,88 м при дистанции до цели 1000 метров, что вполне допустимо при измерениях дальности.

В приемной ветви дальномерного канала обеспечивается максимальная величина кружка рассеяния ~ 24,1 мкм, что для фотоприемника с размером чувствительной площадки 0,35 мм обеспечивает отличное качество приема отраженного сигнала.

Для тепловизионного канала задаемся критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитываем:

- толщину защитного стекла 5 фотоприемника, равную 1,0 мм;

- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длинах волн 8,0 мкм, 10,6 мкм и 13,5 мкм;

- пространственную частоту ~30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷13,5) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм).

Получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы тепловизионного канала:

для точки на оси КПКM=48%
КПКC=51%
для точки поля 4,0 мм от центра
изображения КПКM=33%
КПКC=47%
для точки поля 6,8 мм от центра
изображения КПКM=31%
КПКC=50%

Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает хорошее качество изображения для однозрачковых оптико-электронных приборов, использующих тепловизионный канал высокого разрешения (формата не менее 640×480 пикселей) с микроболометрической матрицей спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм с размером пикселя 17 мкм, и встроенный канал лазерного дальномера.

1. Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером, содержащая общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов, отличающаяся тем, что отраженный канал выполнен дальномерным, содержащим первый компонент, выполненный в виде положительной линзы, второй компонент, выполненный в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала, при этом выполняются следующие соотношения:

dли<dфп≤5⋅dли,

где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;

dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.

2. Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по п. 1, отличающаяся тем, что одна из ветвей лазерного дальномера содержит плоское отражающее зеркало, расположенное под углом к оптической оси, при этом выполняются следующие соотношения:

αпз≥αпзо,

где αпз - угол наклона плоского отражающего зеркала к оптической оси;

αпзо - угол наклона плоского зеркала с осевым отверстием к оптической оси.



 

Похожие патенты:

Двухспектральная оптическая система может быть применена в широкоугольных тепло-телевизионных приборах. Оптическая система содержит общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов.

Визирная система содержит низкосветосильный и высокосветосильный объективы и головную часть, которая содержит призму-куб, установленную над низкосветосильным объективом, и головное отражающее зеркало, установленное над высокосветосильным объективом, оптическая ось которого наклонена относительно вертикальной оси, совпадающей с оптической осью низкосветосильного объектива.

Система может быть использована в двухспектральных оптико-электронных системах. Система состоит из расположенных по ходу лучей обтекателя, главного вогнутого зеркала с центральным отверстием в виде отрицательной вогнуто-выпуклой линзы с отражающим покрытием на выпуклой поверхности, первого канала, содержащего спектроделитель, компенсатор, первая линза которого выполнена двояковогнутой, вторая - плосковыпуклой, а третья – двояковогнутой, и первый приемник излучения второго канала, содержащего спектроделитель и компенсатор, первая линза которого выполнена положительной вогнуто-выпуклой, вторая - отрицательной вогнуто-выпуклой, а третья - положительной вогнуто-выпуклой, и второй приемник излучения.

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен линзовый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной поверхностью, пропускающей дальний ИК диапазон и отражающей видимый и короткий ИК диапазон, общий для видимого и короткого ИК диапазонов двухлинзовый объектив, расположенный таким образом, что его передняя фокальная плоскость смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для получения пучков с малой угловой расходимостью.

Оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало, перед которым установлен отрицательный мениск, после главного зеркала установлены линзовый компенсатор дальнего ИК диапазона, первая поверхность которого является спектроделительной и пропускает дальний ИК диапазон и отражает видимый, короткий ИК и средний ИК диапазоны, общий для видимого, короткого ИК и среднего ИК диапазонов двухлинзовый объектив, передняя фокальная плоскость которого смещена относительно задней фокальной плоскости зеркально-линзового объектива для образования пучков с малой угловой расходимостью.

Изобретение может быть использовано для головок самонаведения, оптико-электронных систем обнаружения, распознавания и автосопровождения, в частности, в составе бортовой аппаратуры, работающей в нескольких спектральных диапазонах.

Оптическая система содержит в первом варианте общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон телевизионного канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов.

Прицел содержит основной объектив, спектроделительный куб, отражающий дальномерный канал с фотоприемным устройством, линзовую панкратическую оборачивающую систему и окуляр.

Изобретение может быть использовано в оптико-электронных системах обнаружения и распознавания объектов, в охранных системах. Инфракрасная система состоит из первого канала, содержащего последовательно установленные афокальную насадку и фокусирующий объектив, второго канала, содержащего входной объектив, и общих для первого и второго каналов последовательно установленных проекционного объектива и фотоприемного устройства.

Изобретение может использоваться на космических аппаратах дистанционного зондирования Земли при жестких требованиях по координатной привязке получаемых снимков.

Оптическая система содержит общую входную головную призму, ночной и дневной каналы и общие для обоих каналов поворотное отражающее зеркало и две ветви, каждая из которых содержит ромбическую призму и окуляр.

Прицел содержит объектив, выполненный из шести компонентов. Между вторым и третьим компонентами установлена спектроделительная плоскопараллельная пластинка, в проходящем пучке которой установлена оборачивающая система, а так же просветный индикатор и окуляр.

Прицел содержит объектив, выполненный из шести компонентов. Между вторым и третьим компонентами установлена спектроделительная плоскопараллельная пластинка, в проходящем пучке которой установлена оборачивающая система, а так же просветный индикатор и окуляр.

Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала.

Изобретение относится к системам прицеливания оружия. Система содержит систему формирования изображения (1), дисплей (2), установленный так, что его первый вход связан с выходом системы формирования изображения (1), пульт управления (3), устройство слежения за целью (4), расположенное так, что первый его вход связан с первым выходом пульта управления (3), лазерный дальномер (5), состоящий из последовательно установленных лазера (6), управляемого зеркала (7) и приемника излучения (8).

Оптическая система содержит в первом варианте общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон телевизионного канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов.

Прицел содержит основной объектив, спектроделительный куб, отражающий дальномерный канал с фотоприемным устройством, линзовую панкратическую оборачивающую систему и окуляр.

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано в вооружении самоходных объектов. Проводят из неподвижного танка и в движении поиск, обнаружение, опознавание целей, слежение за целями днем и ночью, автоматически заряжают пушку выбранным типом боеприпаса, автоматически вычисляют и вводят поправки на температуру воздуха, износ канала ствола, атмосферное давление, боковой ветер, дополнительно вводят блок оценки эффективности стрельбы, производят анализ сигналов от лазерного дальномера и блока переключения баллистик, выбирают тип выстрела в зависимости от замеренной дальности до цели и дальности эффективного огня, информируют наводчика прерывистым миганием индикатора «выбранный тип баллистики» о нецелесообразности выбора данного типа боеприпаса на замеренной дальности через блок индикации в поле зрения прицела-дальномера - прибора наведения, отличающийся тем, что при групповой стрельбе из вооружения самоходных объектов устанавливают порядок выстрелов, путем определения минимального интервала времени от момента первого выстрела отдельного самоходного объекта до момента разрыва последнего снаряда.

Изобретение относится к тепловизионным прицельным комплексам и их элементам. Технический результат - повышение надежности работы и долговечности службы устройства.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и лазерной дальнометрии, а именно к оптическим прицелам со встроенной функцией измерения расстояний до цели.

Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов. Отраженный канал выполнен дальномерным и содержащим первый компонент в виде положительной линзы, второй компонент в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала. Выполняются соотношения: dли<dфп≤5⋅dли, где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера; dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного излучателя. Технический результат - уменьшение количества оптических компонентов и упрощение оптической системы прицела с сохранением качества оптического изображения и возможности измерения дальности через единую входную оптику. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Наверх