RU135158U1

RU135158U1 - OPTICAL DEVICE FOR NIGHT / DAY SURVEILLANCE AND AIMING

Info

Publication number: RU135158U1
Application number: RU2013130354/28U
Authority: RU
Inventors: Артем Леонидович Московченко; Леонид Васильевич Московченко; Остап Богданович Сторощук
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Карат" (ОАО "НПО "Карат")
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2013-11-27

Abstract

1. Оптическое устройство для ночного/дневного наблюдения и прицеливания, содержащее два телевизионных канала, один из которых дневной, а другой - ночной, при этом дневной канал содержит объектив и ПЗС-матрицу, а ночной содержит электронно-оптический преобразователь, телевизионные каналы имеют общую головную оптическую систему, общую зеркальную головку, состоящую из неподвижного зеркала, расположенного на оптической оси головной оптической системы, и качающегося зеркала, расположенного на оси, перпендикулярной оси головной оптической системы, и систему переключения телевизионных каналов, канал лазерного дальномера, включающий передающий тракт, содержащий лазерный излучатель, оптически связанный с зеркальной головкой, и приемный тракт, содержащий фотоприемник (ФП) с фокусирующей системой, оптически сопряженный с призменным блоком со спектроделительным покрытием, отличающееся тем, что ночной телевизионный канал выполнен с возможностью работы и в дневное время - дневно-ночным, и в него введены объектив и цифровая передающая камера с усилителем яркости с расширенным динамическим диапазоном, ПЗС матрица которой сочленена с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП), общая головная оптическая система выполнена в виде зеркально-линзовового телескопа, система переключения телевизионных каналов представляет собой пентапризму с крышей, установленную за призменным блоком и выполненную с возможностью поворота на угол ±90° относительно оси зеркально-линзового телескопа, перед которым установлен с возможностью ввода в зону входного зрачка световозвращатель для возврата части лазерного излучения в зеркаль�1. An optical device for night / day surveillance and aiming, containing two television channels, one of which is daytime and the other nightly, while the daytime channel contains a lens and a CCD, and the nighttime contains an electron-optical converter, television channels have a common the head optical system, a common mirror head, consisting of a fixed mirror located on the optical axis of the head optical system, and a swinging mirror located on an axis perpendicular to the axis of the head optical system systems, and a television channel switching system, a laser rangefinder channel, including a transmitting path containing a laser emitter optically coupled to a mirror head, and a receiving path comprising a photodetector (FP) with a focusing system, optically coupled to a prismatic unit with a spectro-splitting coating, characterized in that the night television channel is also capable of working in the daytime - day-night, and a lens and a digital transmitting camera with a brightness amplifier with an extended din are introduced into it range, the CCD matrix of which is coupled to an electron-optical converter (EOP), the common head optical system is made in the form of a mirror-lens telescope, the television channel switching system is a pentaprism with a roof mounted behind the prism unit and made with the possibility of rotation through an angle of ± 90 ° relative to the axis of the mirror-lens telescope, in front of which a retroreflector is installed with the possibility of entering the entrance pupil to return part of the laser radiation into the mirror

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для наблюдения, измерения дальности и автосопровождения объектов в ночных и дневных условиях.The utility model relates to optical instrumentation and can be used for monitoring, measuring ranges and auto tracking of objects in night and day conditions.

Известен визир-дальномер (см. патент РФ на изобретение №2444701, М. кл. G01C 3/08, G02B 23/10, опубл. 10.03.2012 г.), содержащий дальномер с приемным каналом, визирный канал, входной объектив, общий для приемного канала дальномера и визирного канала, спектроделитель, разделяющий лазерный и визирный световые потоки, и опорную марку с подсветкой, при этом согласно изобретению светоделитель выполнен в виде спектроделительной призмы, на одной грани которой нанесена полевая диафрагма приемного канала дальномера и опорная марка, а на другой грани приклеено сферическое зеркало, причем радиус сферического зеркала и его положение на призме выполнены из условия оптического сопряжения полевой диафрагмы и опорной марки.Known rangefinder sight (see RF patent for the invention No. 2444701, M. class G01C 3/08, G02B 23/10, publ. 03/10/2012), containing a rangefinder with a receiving channel, a sighting channel, an input lens, a common for the receiving channel of the rangefinder and the target channel, a spectrometer that separates the laser and the target light fluxes, and a backlit mark, according to the invention, the beam splitter is made in the form of a spectrometer prism, on one face of which is the field diaphragm of the receiving channel of the rangefinder and the reference mark, and on another face glued to a spherical a mirror, and the radius of the spherical mirror and its position on the prism are made from the condition of optical conjugation of the field diaphragm and the reference mark.

В данном визире-дальномере оптическая ось фотоприемника (ФП) остается стабильной при изменении температуры и сохраняет стабильность настройки, однако это не исключает смещения фотоприемника на величину, соизмеримую с размерами приемной площадки ФП (0,05-0,1) мм при климатических и механических воздействиях, что приводит к снижению точности измерения дальности до объекта, кроме этого в указанном устройстве исключена возможность оперативной выверки осей лазерного и визирного каналов.In this rangefinder, the optical axis of the photodetector (FP) remains stable when the temperature changes and maintains the stability of the setting, however, this does not exclude the photodetector displacement by a value commensurate with the size of the receiving platform of the FP (0.05-0.1) mm for climatic and mechanical impacts, which leads to a decrease in the accuracy of measuring the distance to the object, in addition, the indicated device excludes the possibility of operational alignment of the axes of the laser and sighting channels.

Известен дальномер (см. патент РФ на изобретение №2135954, М. кл. G01C 3/08, G01S 17/08, G02B 23/08, опубл. 27.08.1999 г.), содержащий лазерный излучатель, светоделитель, выполненный в виде склейки двух прямоугольных призм по гипотенузным граням, на одной из которых нанесено спектроделительное покрытие, работающее на пропускание излучения видимого диапазона и на отражение излучения с длиной волны излучающего канала, фотоприемное устройство, оптически сопряженное со светоделителем, оптический аттенюатор (управляемая шторка), расположенный между светоделителем и фотоприемным устройством, оптический визир, включающий широкополосный канал и канал большого увеличения, устройство союстировки каналов, установленное в излучающем канале на телескопе, при этом согласно изобретению устройство союстировки излучающего и визирного каналов выполнено в виде двух оптических клиньев с возможностью поворота вокруг оси телескопа.A known range finder (see RF patent for the invention No. 2135954, M. class. G01C 3/08, G01S 17/08, G02B 23/08, published on 08.27.1999), containing a laser emitter, a beam splitter, made in the form of gluing two rectangular prisms along hypotenuse faces, on one of which a spectro-splitting coating is applied, which works to transmit visible-range radiation and to reflect radiation with a wavelength of the emitting channel, a photodetector optically coupled to a beam splitter, an optical attenuator (controlled shutter) located between the beam splitter and a photodetector device, an optical sighting device including a broadband channel and a large magnification channel, a channel alignment device mounted in a radiating channel on a telescope, while according to the invention, the radiating and sighting channel alignment device is made in the form of two optical wedges with the possibility of rotation around the telescope axis.

Однако в данном устройстве не предусмотрена возможность оперативной выверки осей приемного и визирного каналов.However, this device does not provide for the possibility of rapid alignment of the axes of the receiving and sighting channels.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели, выбранным за прототип, является оптическое устройство для ночного/дневного наблюдения и прицеливания (см. патент РФ на изобретение №2187138, М. кл. G02B 23/12, F41G 1/40, опубл. 10.08.2002 г.), состоящее из головного качающегося зеркала, двух телевизионных каналов, имеющих общий головной объектив, один из каналов - ночной содержит оптический фильтр, электронно-оптический преобразователь и сопряженную с ним первую ПЗС-матрицу, другой - дневной канал содержит оптическую оборачивающую систему, при этом согласно изобретению в устройстве имеется дополнительное зеркало, расположенное на оптической оси головного объектива и составляющее совместно с головным качающимся зеркалом, расположенным на оси, перпендикулярной оси головного объектива, зеркальную головку, выполненную с возможностью поворота вокруг оптической оси головного объектива, в качестве которого использован объектив с вынесенным входным зрачком, размещенным на поверхности дополнительного зеркала, согласно изобретению в него введен канал лазерного дальномера, включающий передающий тракт, содержащий лазерный излучатель, оптически связанный с зеркальной головкой, и приемный тракт, содержащий приемный объектив, призменный блок со спектроделительным покрытием, согласующий объектив и фотоприемник, при этом призменный блок со спектроделительным покрытием расположен на оси головного объектива, который выполняет роль приемного объектива, в ночной канал введено переключающее поворотное зеркало, расположенное за призменным блоком со спектроделительным покрытием, дневной канал дополнен сменной оборачивающей системой, причем каждая оборачивающая система выполнена в виде объектива с вынесенным входным зрачком, кроме того, в дневной канал введена апертурная диафрагма, расположенная перед оборачивающей системой и являющаяся единой для обоих сменных объективов, а в плоскости изображения дневного канала расположена вторая ПЗС-матрица.The closest device of the same purpose to the claimed utility model selected for the prototype is an optical device for night / day surveillance and aiming (see RF patent for the invention No. 2187138, M. class. G02B 23/12, F41G 1/40, publ. August 10, 2002), consisting of a head swinging mirror, two television channels having a common head lens, one of the channels at night contains an optical filter, an electron-optical converter and the first CCD matrix paired with it, and the other contains a day channel optical wrapping system, while according to the invention, the device has an additional mirror located on the optical axis of the head lens and comprising, together with the head swinging mirror located on the axis perpendicular to the axis of the head lens, a mirror head configured to rotate around the optical axis of the head lens, the quality of which a lens with a remote entrance pupil placed on the surface of an additional mirror is used, according to the invention, a laser distance channel is introduced into it numbers, including a transmitting path containing a laser emitter optically coupled to the mirror head, and a receiving path containing a receiving lens, a prism block with a spectro-splitting coating, a matching lens and a photodetector, while the prism block with a spectro-splitting coating is located on the axis of the head lens, which performs the role of the receiving lens, a switching swivel mirror located behind the prismatic unit with spectro-splitting coating is introduced into the night channel, the day channel is supplemented by a reversing system, each reversing system is made in the form of a lens with a remote entrance pupil, in addition, an aperture diaphragm located in front of the reversing system and being the same for both interchangeable lenses is inserted into the day channel, and a second CCD matrix is located in the image plane of the day channel .

В данном устройстве не предусмотрены возможность работы ночного канала, в случае необходимости, и в дневных условиях, а также механизм взаимной юстировки каналов, затруднена работа устройства при больших апертурах лазерного луча, поскольку для осуществления оптимального режима работы в этих случаях требуется увеличение габаритов качающегося з зеркала, кроме этого, отсутствие телескопа на выходе лазерного излучателя, расширяющего лазерный луч, а, следовательно, улучшающего расходимость лазерного излучения, существенно уменьшает дальность действия дальномера.This device does not provide for the possibility of the night channel working, if necessary, in daytime conditions, as well as the mechanism for mutual channel alignment, the device is difficult to operate with large apertures of the laser beam, since in order to implement the optimal operating mode, it is necessary to increase the dimensions of the swinging mirror in addition, the absence of a telescope at the output of a laser emitter, expanding the laser beam, and, therefore, improving the divergence of the laser radiation, significantly reduces the distance awn of action of a range finder.

Техническим результатом полезной модели является расширение его функциональных возможностей путем обеспечения работы ночного канала и в дневное время, повышение дальности обнаружения и точности автосопровождения при больших апертурах световых пучков при возможных разъюстировках оптических каналов в процессе его длительной эксплуатации в условиях повышенных климатических и механических воздействий.The technical result of the utility model is the expansion of its functionality by ensuring the operation of the night channel and in the daytime, increasing the detection range and accuracy of auto tracking at large apertures of light beams with possible misalignment of the optical channels during its long-term operation under conditions of increased climatic and mechanical stresses.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом оптическом устройстве для ночного/дневного наблюдения и прицеливания, содержащем два телевизионных канала, один из которых дневной, а другой - ночной, при этом дневной канал содержит объектив и ПЗС-матрицу, а ночной содержит электронно-оптический преобразователь (ЭОП), телевизионные каналы имеют общую головную оптическую систему, общую зеркальную головку, состоящую из неподвижного зеркала, расположенного на оптической оси головной оптической системы, и качающегося зеркала, расположенного на оси, перпендикулярной оси головной оптической системы, и систему переключения телевизионных каналов, канал лазерного дальномера, включающий передающий тракт, содержащий лазерный излучатель, оптически связанный с зеркальной головкой, и приемный тракт, содержащий фотоприемник (ФП) с фокусирующей системой, оптически сопряженный с призменным блоком со спектроделительным покрытием, отличающемся тем, что ночной телевизионный канал выполнен с возможностью работы и в дневное время - дневно-ночным, и в него введены объектив и цифровая передающая камера с расширенным динамическим диапазоном с усилителем яркости, ПЗС матрица которой сочленена с ЭОП, общая головная оптическая система выполнена в виде зеркально-линзовового телескопа, система переключения телевизионных каналов представляет собой пентапризму с крышей, установленную за призменным блоком и выполненную с возможностью поворота на угол ±90° относительно оси зеркально-линзового телескопа, перед которым установлен с возможностью ввода в зону входного зрачка световозвращатель для возврата части лазерного излучения в зеркально-линзовый телескоп, а в нерабочей («мертвой») зоне зеркально-линзового телескопа установлен оптический элемент, полностью отражающий лазерное излучение и направляющий его вдоль оси зеркально-линзового телескопа, призменный блок выполнен со спектроделительным покрытием на гипотенузной грани одной из двух образующих его прямоугольных призм и с зеркальным покрытием на противоположной от фотоприемника грани одной из его призм, в передающий тракт канала лазерного дальномера введен телескоп, оптически сопряженный с осью лазерного излучателя, с установленной на его выходе парой оптических клиньев, выполненных с возможностью взаимного поворота, а фотоприемник приемного тракта канала лазерного дальномера снабжен устройством подсветки его приемной площадки.The achievement of the specified technical result is provided in the proposed optical device for night / day surveillance and aiming, containing two television channels, one of which is daytime and the other nightly, while the daytime channel contains a lens and a CCD, and the nighttime contains an electron-optical converter (EOP), television channels have a common head optical system, a common mirror head consisting of a fixed mirror located on the optical axis of the head optical system, and a mirror located on an axis perpendicular to the axis of the head optical system, and a television channel switching system, a laser rangefinder channel, including a transmission path comprising a laser emitter optically coupled to the mirror head, and a receiving path comprising a photodetector (FP) with a focusing system, optically coupled to a prismatic unit with a spectro-splitting coating, characterized in that the night television channel is configured to operate in the daytime - day-night, and into it They have a lens and a digital transmission camera with an extended dynamic range with a brightness amplifier, the CCD matrix of which is coupled with an image intensifier tube, the common head optical system is made in the form of a mirror-lens telescope, the television channel switching system is a pentaprism with a roof mounted behind the prism unit and made with the ability to rotate through an angle of ± 90 ° relative to the axis of the mirror-lens telescope, in front of which is installed with the possibility of entering into the area of the entrance pupil a reflector for returning part of the laser radiation into the mirror-lens telescope, and in the non-working ("dead") zone of the mirror-lens telescope an optical element is installed that completely reflects the laser radiation and directs it along the axis of the mirror-lens telescope, the prism block is made with a spectro-splitting coating on the hypotenuse face one of the two rectangular prisms forming it and with a mirror coating on the opposite side of one of its prisms from the photodetector, a telescope is inserted into the transmitting channel of the laser rangefinder, Ski conjugate with the axis of the laser emitter installed on its output a pair of optical wedges that are capable of mutual rotation, and a photoreceiver receiving path channel device provided with a laser range finder backlighting its receiving area.

При этом предлагаемое устройство может быть снабжено исполнительными механизмами для поворота пентапризмы, световозвращателя, взаимного поворота оптических клиньев.Moreover, the proposed device can be equipped with actuators for turning the pentaprism, retroreflector, mutual rotation of the optical wedges.

Оптический элемент, установленный в нерабочей («мертвой») зоне зеркально-линзового телескопа, может быть выполнен в виде цилиндра со скошенной под углом 45° гранью, на которую нанесено оптическое покрытие, полностью отражающее лазерное излучение и направляющее его вдоль оси зеркально-линзового телескопа.An optical element installed in a non-working (“dead”) zone of a mirror-lens telescope can be made in the form of a cylinder with a beveled angle of 45 °, which is coated with an optical coating that completely reflects the laser radiation and directs it along the axis of the mirror-lens telescope .

Кроме того, приемный тракт канала лазерного дальномера может быть снабжен шторкой, вводимой в поле зрения фотоприемника с помощью исполнительного механизма.In addition, the receiving channel path of the laser rangefinder can be equipped with a shutter, introduced into the field of view of the photodetector using an actuator.

Телескоп передающего тракта канала лазерного дальномера может быть снабжен поворотной призмой, если ось лазерного излучения неперпендикулярна оптической оси зеркально-линзового телескопа.The telescope of the transmitting channel of the laser rangefinder channel can be equipped with a rotary prism if the axis of the laser radiation is not perpendicular to the optical axis of the mirror-lens telescope.

Достижение указанного выше технического результата введенными отличительными признаками можно пояснить следующим образом.The achievement of the above technical result by the introduced distinguishing features can be explained as follows.

Использование зеркально-линзового телескопа, в нерабочей зоне которого соосно установлен оптический элемент (например, цилиндр, на скошенную под углом 45° грань которого нанесено оптическое покрытие, полностью отражающее лазерное излучение и направляющее его на неподвижное и головное качающее зеркала зеркальной головки, позволило минимизировать размеры зеркал.The use of a mirror-lens telescope, in the non-working zone of which an optical element is coaxially mounted (for example, a cylinder, on whose beveled angle of 45 ° an optical coating is applied that completely reflects laser radiation and directs it to the stationary and head swinging mirrors of the mirror head, made it possible to minimize the size mirrors.

Наличие механизма союстировки оси лазерного излучения с оптическими осями телевизионных каналов, состоящего из пары оптических клиньев с возможностью их взаимного разворота и световозвращателя, установленного перед общей головной оптической системой с возможностью введения его в зону входного зрачка, а также устройства подсветки приемной площадки фотоприемника, изображение которой посредством согласующего объектива, призменного блока со спектроделительным покрытием на одной из гипотенузных граней, и с дополнительно нанесенным на противоположную от фотоприемника грань зеркальным покрытием передается в один из телевизионных каналов, позволяет оперативно согласовывать оптические оси приемного, лазерного и телевизионных каналов оптического устройства для ночного/дневного наблюдения и прицеливания в случае их возможного рассогласования при воздействии механических и температурных нагрузок.The mechanism of alignment of the axis of the laser radiation with the optical axes of the television channels, consisting of a pair of optical wedges with the possibility of their mutual rotation and a retroreflector installed in front of the common head optical system with the possibility of introducing it into the area of the entrance pupil, as well as a backlight device for the receiving area of the photodetector, the image of which by means of a matching lens, a prism block with a spectrodividing coating on one of the hypotenuse faces, and with additionally applied on the opposite side from the photodetector is transmitted by a mirror coating to one of the television channels, which allows you to quickly coordinate the optical axes of the receiving, laser, and television channels of the optical device for night / day observation and aiming in case of their possible mismatch under the influence of mechanical and temperature loads.

Выполнение элемента переключения телевизионных каналов в виде пентапризмы с крышей исключает рассогласование (не более 10 угл.сек) визирных осей телевизионных каналов при их переключениях.The implementation of the switching element of the television channels in the form of a pentaprism with a roof eliminates the mismatch (not more than 10 angular sec.) Of the sighting axes of the television channels during their switching.

Выполнение ночного канала дневно-ночным, т.е. с возможностью работы и в дневное время, расширяет функциональные возможности заявляемого устройства по сравнению с прототипом.The execution of the night channel by day-night, i.e. with the ability to work in the daytime, expands the functionality of the inventive device compared with the prototype.

Предлагаемое устройство наблюдения и прицеливания поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена оптическая схема устройства (два проекционных вида: а) - вид спереди, б) - вид сбоку, в) - разрез А-А вида сбоку), на фиг.2 показано устройство формирования световой марки для осуществления взаимной выверки осей приемного и телевизионных каналов, на фиг.3 приведен вид поля зрения устройства в момент выверки оптических каналов.The proposed monitoring and aiming device is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows an optical diagram of the device (two projection views: a) is a front view, b) is a side view, c) is a section A-A of a side view), Fig. 2 shows device for forming a light mark for the mutual alignment of the axes of the receiving and television channels, figure 3 shows the field of view of the device at the time of alignment of the optical channels.

Оптическое устройство содержит два телевизионных канала, один из них дневно-ночной, а другой - дневной, а также передающий и приемный тракты лазерного дальномера. Все каналы имеют один общий вход через зеркальную головку 1, состоящую из головного качающегося зеркала 2 и неподвижного зеркала 3, кроме того, устройство содержит световозвращатель 4, оптический элемент 5, закрепленный в «мертвой» (нерабочей) зоне зеркально - линзового телескопа 6, призменный блок 7, поворотную переключающую пентапризму 8, объектив 9, цифровую передающую камеру 10 с электронно-оптическим усилителем яркости, объектив 11, ПЗС матрицу 12, лазерный излучатель 13 с телескопом 14 и установленной на нем парой оптических клиньев 15 и поворотной призмой 16, объектив 17, фотоприемник 19, защитное стекло 20, исполнительные механизмы 21.The optical device contains two television channels, one of them day-night, and the other day, as well as the transmitting and receiving paths of the laser rangefinder. All channels have one common entrance through a mirror head 1, consisting of a head rocking mirror 2 and a fixed mirror 3, in addition, the device contains a retroreflector 4, an optical element 5, mounted in the “dead” (non-working) zone of the mirror-lens telescope 6, prism block 7, a rotary switching pentaprism 8, a lens 9, a digital transmitting camera 10 with an electron-optical brightness amplifier, a lens 11, a CCD matrix 12, a laser emitter 13 with a telescope 14 and a pair of optical wedges 15 mounted on it and rotated hydrochloric prism 16, a lens 17, a photodetector 19, the protective glass 20, the actuators 21.

Дневно-ночной канал образуют зеркальная головка 1, зеркально-линзовый телескоп 6, призменный блок 7 со спектроделительным покрытием, нанесенным на гипотенузную грань одной из образующих его прямоугольных призм, поворотная переключающая пентапризма 8, объектив 9, цифровая передающая камера 10 с электронно-оптическим усилителем яркости.The day-night channel is formed by a mirror head 1, a mirror-lens telescope 6, a prism block 7 with a spectro-splitting coating deposited on the hypotenuse face of one of the rectangular prisms forming it, a rotary switching pentaprism 8, a lens 9, a digital transmitting camera 10 with an electron-optical amplifier brightness.

Дневной канал образуют зеркальная головка 1, зеркально-линзовый телескоп 6, призменный блок 7 со спектроделительным покрытием на одной из образующих его прямоугольных призм, поворотная переключающая пентапризма 8, объектив 11 и ПЗС матрица 12.The day channel is formed by a mirror head 1, a mirror-lens telescope 6, a prism block 7 with a spectro-splitting coating on one of the rectangular prisms forming it, a rotary switching pentaprism 8, a lens 11 and a CCD matrix 12.

Канал лазерного дальномера содержит передающий и приемный тракты. Передающий тракт образован лазерным излучателем 13, телескопом 14, с установленной на нем парой оптических клиньев 15 с исполнительным механизмом 21, поворотной призмой 16 (если ось лазерного излучения неперпендикулярна оптической оси зеркально-линзового телескопа 6), оптическим элементом 5, направляющим лазерное излучение вдоль оси зеркально - линзового телескопа 6, зеркальной головкой 1.The laser rangefinder channel contains transmitting and receiving paths. The transmission path is formed by a laser emitter 13, a telescope 14, with a pair of optical wedges 15 mounted on it with an actuator 21, a rotary prism 16 (if the axis of the laser radiation is not perpendicular to the optical axis of the mirror-lens telescope 6), and an optical element 5 directing the laser radiation along the axis mirror - lens telescope 6, mirror head 1.

Приемный тракт образован зеркальной головкой 1, зеркально-линзовым телескопом 6, призменным блоком 7 со спектроделительным покрытием, объективом 17 и фото приемником 19, шторкой 18 для защиты фотоприемника от внешних засветок и от собственного излучения в режиме выверки.The receiving path is formed by a mirror head 1, a mirror-lens telescope 6, a prism block 7 with a spectro-splitting coating, a lens 17 and a photo receiver 19, a curtain 18 to protect the photodetector from external illumination and from its own radiation in the reconciliation mode.

Для согласования (союстировки) передающего тракта канала лазерного дальномера с дневным и дневно-ночным телевизионными каналами перед зеркально-линзовым телескопом 6 установлен с возможностью ввода в зону входного зрачка световозвращатель 4 для возврата части лазерного излучения в зеркально-линзовый телескоп 6.To coordinate (alignment) the transmitting channel of the laser rangefinder channel with the day and day-night television channels in front of the mirror-lens telescope 6, a reflector 4 is installed with the ability to enter the entrance pupil zone to return part of the laser radiation to the mirror-lens telescope 6.

В нерабочей («мертвой») зоне зеркально-линзового телескопа 6 закреплен оптический элемент 5, полностью отражающий лазерное излучение и направляющий его вдоль оси зеркально-линзового телескопа 6. Размеры нерабочей зоны зеркально-линзового телескопа 6 допускают увеличение светового диаметра расширенного с помощью телескопа 14 лазерного пучка до 20-25 мм, что, в конечном счете, позволяет увеличивать дальность действия дальномерного канала за счет улучшенной по сравнению с прототипом расходимости излучения.An optical element 5 is fixed in the non-working (“dead”) zone of the mirror-lens telescope 6, which completely reflects the laser radiation and directs it along the axis of the mirror-lens telescope 6. The dimensions of the non-working zone of the mirror-lens telescope 6 allow an increase in the light diameter expanded using the telescope 14 laser beam up to 20-25 mm, which, ultimately, allows you to increase the range of the rangefinder channel due to improved divergence of radiation compared with the prototype.

Призменный блок 7 служит для разделения лучей, прошедших зеркально-линзовый объектив 6, на пучки, направляемые на фотоприемник и телевизионные каналы.The prism unit 7 serves to separate the rays that have passed the mirror-lens objective 6 into beams directed to the photodetector and television channels.

Призменный блок 7 состоит из двух склеенных прямоугольных призм с нанесенным на гипотенузную грань одной из них спектроделительного покрытия, максимально отражающего лазерное излучение и полностью пропускающего излучение в диапазоне 400-800 нм. На противоположную от фотоприемника грань (А) призменного блока 7, (см. фиг.2) нанесено зеркальное покрытие, отражающее излучение светодиода 19.1, установленного внутри фотоприемника 19, на любой из телевизионных каналов в зависимости от положения входной грани пентапризмы 7.The prism unit 7 consists of two glued rectangular prisms with a spectro-splitting coating deposited on the hypotenous face of one of them, reflecting the laser radiation to the maximum and completely transmitting radiation in the range of 400-800 nm. On the opposite side of the prism unit 7 from the photodetector (see FIG. 2), a mirror coating is applied reflecting the radiation of the LED 19.1 installed inside the photodetector 19 to any of the television channels depending on the position of the input face of the pentaprism 7.

Пентапризма 8 при указанной на фиг.1 б) ориентации входной грани направляет параллельный пучок лучей, сформированный зеркально-линзовым телескопом 6, на объектив 11, который формирует изображение наблюдаемых объектов в плоскости ПЗС матрицы 12 дневного канала, а при повороте пентапризмы 7 на угол 90° относительно оси вращения, перпендикулярной плоскости рисунка, направляет его на цифровую передающую камеру 10 с усилителем яркости.Pentaprism 8 with the orientation of the input face indicated in Fig. 1 b) directs a parallel beam of rays formed by the mirror-lens telescope 6 to the lens 11, which forms an image of the observed objects in the CCD plane of the matrix 12 of the day channel, and when the pentaprism 7 is rotated through an angle of 90 ° relative to the axis of rotation perpendicular to the plane of the figure, directs it to a digital transmitting camera 10 with a brightness amplifier.

Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

Расходящийся пучок излучения лазерного излучателя 13 с помощью телескопа 14 расширяется и коллимируется в высоконаправленный луч и направляется призмой 16 на оптический элемент 5, установленный в мертвой зоне зеркально-линзового телескопа 6, и далее через зеркальную головку 1 - на наблюдаемый объект. Если конструктивно лазерный излучатель расположен так, что его ось излучения неперпендикулярна к оси зеркально-линзового телескопа 6, то в устройство вводится призма 16.The diverging radiation beam of the laser emitter 13 with the help of a telescope 14 expands and collimates into a highly directional beam and is directed by a prism 16 to an optical element 5 mounted in the dead zone of the mirror-lens telescope 6, and then through the mirror head 1 to the observed object. If the laser emitter is structurally located so that its axis of radiation is not perpendicular to the axis of the mirror-lens telescope 6, then a prism 16 is introduced into the device.

Отраженный от наблюдаемого объекта лазерный луч проходит зеркальную головку 1, зеркально-линзовый телескоп 6, отражается спектроделительным покрытием, нанесенным на гипотенузную грань одной из призм призменного блока 7 и фокусируется согласующим объективом 17 на чувствительной площадке 19.2 фотоприемника (ФП) 19 (см. фиг.2).The laser beam reflected from the observed object passes through the mirror head 1, the mirror-lens telescope 6, is reflected by a spectrometric coating deposited on the hypotenuse face of one of the prisms of the prism unit 7 and is focused by a matching lens 17 on the sensitive area 19.2 of the photodetector (FP) 19 (see Fig. 2).

В случае возможного рассогласования оптических осей приемного, передающего трактов и телевизионных каналов в условиях воздействия пониженной и повышенной температур и механических воздействий в предлагаемом устройстве предусмотрена их взаимная выверка перед началом работы в следующем порядке:In the event of a possible mismatch of the optical axes of the receiving, transmitting paths and television channels under conditions of low and high temperatures and mechanical stresses, the proposed device provides for their mutual alignment before starting work in the following order:

При подаче команды (например, «выверка ФП») светодиод 19.1 (см. фиг..2), смонтированный внутри фотоприемника 19, подсвечивает его чувствительную площадку 19.2, излучение подсветки, отразившись от площадки 19.2, проходя защитное стекло 19.3, собирается объективом 17 и отразившись от зеркального покрытия, нанесенного на противоположную от ФП грань (А) призменного блока 7, и частично - от спектроделительного покрытия призменного блока 7, направляется на объектив 9 или 11 (в зависимости от положения пентапризмы 8). Сфокусированное объективом 9 (или 11) изображение чувствительной площадки 19.2 фотоприемника 19 рассматривается оператором на мониторе (на фиг.1 не показан) с последующим контролем смещения его центра относительно прицельной марки (перекрестия). Если ось приемного тракта не параллельна одной из визирных осей дневного или дневно-ночного каналов (ТВ каналов), изображение центра площадки 22 не будет совпадать с центром прицельной марки 23, тогда прицельную марку 23 совмещают с центром изображения 22 чувствительной площадки ФП 19.When a command is issued (for example, “alignment of the FP”), the LED 19.1 (see Fig. 2) mounted inside the photodetector 19 illuminates its sensitive area 19.2, the backlight radiation, reflected from the area 19.2, passing the protective glass 19.3, is collected by the lens 17 and reflected from the mirror coating deposited on the opposite face (A) of the prismatic unit 7, and partially from the spectrodividing coating of the prismatic unit 7, is directed to the lens 9 or 11 (depending on the position of the pentaprism 8). The image of the sensitive area 19.2 of the photodetector 19 focused by the lens 9 (or 11) is examined by the operator on the monitor (not shown in FIG. 1), followed by monitoring the displacement of its center relative to the reticle (crosshair). If the axis of the receiving path is not parallel to one of the sighting axes of the day or day-night channels (TV channels), the image of the center of the platform 22 will not coincide with the center of the aiming mark 23, then the aiming mark 23 is combined with the center of the image 22 of the sensitive site FP 19.

После проведения согласования осей приемного тракта и ТВ каналов проводится согласование оси излучения передающего тракта следующим образом:After the coordination of the axes of the receiving path and the TV channels, the radiation axis of the transmitting path is coordinated as follows:

При подаче команды (например, «выверка ПК») в зону входного зрачка зеркально-линзового телескопа 6 и в пучок лазерного излучения с помощью исполнительного механизма 21 вводится световозвращатель 4, выполненный в виде прямоугольной призмы с крышей (БкР-180). Производится излучение лазерного излучателя 13, синхронизированное с началом кадровой развертки дневного или дневно-ночного каналов, часть излучения перехватывается световозвращателем 4 и направляется на зеркально-линзовый телескоп 6, далее на призменный блок 7. Для защиты фотоприемника 19 от лазерного излучения в процессе выверки применена малогабаритная шторка 18, которая защищает чувствительную площадку фотоприемника 19 от излучения. Частично прошедшее через призменный блок 7 лазерное излучение с помощью пентапризмы 8 и объективов 9 или 11 (в зависимости от положения одной из входных граней пентапризмы) попадает на приемную матрицу цифровой передающей камеры 10 дневно-ночного канала или ПЗС матрицу 12 дневного каналов и наблюдается оператором на мониторе (на фигурах не показан). Если центр пятна 24 (на фиг.3 показан пунктиром) смещен относительно прицельной марки, взаимным разворотом пары оптических клиньев 15 с помощью исполнительного механизма 21 добиваются его совпадения с центром прицельной марки 23.When giving a command (for example, “PC reconciliation”), a retroreflector 4, made in the form of a rectangular prism with a roof (BkR-180), is introduced into the area of the entrance pupil of the mirror-lens telescope 6 and into the laser beam using the actuator 21. A laser emitter 13 is emitted, synchronized with the beginning of a frame scan of the day or day-night channels, part of the radiation is intercepted by the retroreflector 4 and sent to the mirror-lens telescope 6, then to the prism unit 7. To protect the photodetector 19 from laser radiation during the reconciliation process, a small-sized a shutter 18, which protects the sensitive area of the photodetector 19 from radiation. The laser radiation partially transmitted through the prism block 7 using a pentaprism 8 and lenses 9 or 11 (depending on the position of one of the input faces of the pentaprism) is incident on the receiving matrix of the digital transmitting camera 10 of the day-night channel or the CCD of 12 day channels and is observed by the operator on monitor (not shown in the figures). If the center of the spot 24 (shown in dotted line in FIG. 3) is offset relative to the aiming mark, the mutual rotation of the pair of optical wedges 15 using the actuator 21 achieve its coincidence with the center of the aiming mark 23.

В соответствии с предложенным решением была разработана оптическая схема предлагаемого устройства наблюдения с угловым полем зрения дневного канала 0,7°×0,9; дневно-ночного канала - 2,5°; приемного тракта - 5 угл.мин, расходимость лазерного излучения по уровню 0,86 не превышала 60 угл.сек, дальность действия лазерного дальномера не менее 20000 м при метеорологической дальности видимости (МДВ) не менее 25 км.In accordance with the proposed solution, an optical design of the proposed monitoring device with an angular field of view of the day channel of 0.7 ° × 0.9 was developed; day-night channel - 2.5 °; the receiving path - 5 arcmin, the laser beam divergence at the level of 0.86 did not exceed 60 arcsec, the range of the laser rangefinder is at least 20,000 m with a meteorological range of visibility (MDV) of at least 25 km.

Встроенная выверка оптических осей позволяет делать взаимное согласование премного и передающего трактов и телевизионных каналов с точностью не хуже 15 угл.сек при возможном их взаимном рассогласовании до 10 угл.мин.The built-in alignment of the optical axes allows mutual coordination of the premium and transmitting channels and television channels with an accuracy of no worse than 15 arcsec with their possible mismatch of up to 10 arcmin.

Пример конкретного исполнения элементов предлагаемого устройства:An example of a specific implementation of the elements of the proposed device:

В качестве дневно-ночного канала, позволяющего проводить наблюдения в широком диапазоне освещенностей от 10⁵ лк (солнечный день) до 10^-4 (ночь), применена цифровая передающая камера с усилителем яркости второго поколения, сопряженным с ПЗС матрицей (см. Техническое описание, версия 2.01 «Цифровая передающая камера с усилителем яркости S4X-1450» ОАО НПО «Силар» г.С-Петербург),As a day-night channel that allows observations in a wide range of illumination from 10 ⁵ lux (sunny day) to 10 ^-4 (night), a digital transmitting camera with a second-generation brightness amplifier coupled to a CCD matrix is used (see. Technical description, version 2.01 "Digital transmitting camera with a brightness amplifier S4X-1450" OJSC NPO "Silar" St. Petersburg),

В качестве дневного канала - ТВ камера с матрицей 1/3” типа Sony Super HAD CCD.As a daily channel - a 1/3 ”TV camera like Sony Super HAD CCD.

В качестве фотоприемника был выбран pin-ФД на основе гетероструктур InGaAs/Inp с размером чувствительной площадки 0,2 мм с установленным внутри перед защитным стеклом бескорпусным светодиодом.As a photodetector, pin-PD was chosen based on InGaAs / Inp heterostructures with a sensitive area of 0.2 mm with a frameless LED installed inside the front of the protective glass.

Лазерный излучатель выполнен в виде твердотельного импульсного лазера с активным элементом из кристалла калий гадолиниевого граната, активированного неодимом (KGW: ND³⁺) размером 3×50 мм, лампа накачки типа ИНП2-3/35.The laser emitter is made in the form of a solid-state pulsed laser with an active element of a potassium gadolinium garnet crystal activated by neodymium (KGW: ND ³⁺ ) 3 × 50 mm in size, an INP2-3 / 35 pump lamp.

Пентапризма с крышей выполнена в виде призмы БкП-90°, световозвращатель выполнен в виде прямоугольной призмы с крышей БкР-180.The pentaprism with a roof is made in the form of a BkP-90 ° prism, the retroreflector is made in the form of a rectangular prism with a BkR-180 roof.

Телескоп передающего тракта канала лазерного дальномера выполнен с оптическим увеличением Г=6 крат и диаметром выходного зрачка 24 мм, зеркально-линзовый телескоп выполнен с оптическим увеличением Г=4 крат и световым диаметром входного зрачка 80 мм, величина преломляющего угла при вершине оптического клина 20 угл.мин, фокусное расстояние объектива дневно-ночного канала 80 мм.The telescope of the transmitting channel of the laser rangefinder channel is made with an optical magnification of G = 6 times and an exit pupil diameter of 24 mm, the mirror-lens telescope is made with an optical magnification of G = 4 times and an entrance pupil light diameter of 80 mm, the refractive angle at the tip of the optical wedge is 20 angles .min, focal length of the lens of the day-night channel 80 mm.

В качестве исполнительного механизма, приводящего в движение световозвращатель, оптические клинья и пентапризму, использован электродвигатель постоянного тока типа ДПР-2, в качестве исполнительного механизма, приводящего в движение шторку, использована серийная малогабаритная катушка индуктивности.A direct current motor of the DPR-2 type was used as an actuator driving a retroreflector, optical wedges, and a pentaprism, and a serial small-sized inductor was used as an actuator driving a shutter.

Claims

1. An optical device for night / day surveillance and aiming, containing two television channels, one of which is daytime and the other nightly, while the daytime channel contains a lens and a CCD, and the nighttime contains an electron-optical converter, television channels have a common the head optical system, a common mirror head, consisting of a fixed mirror located on the optical axis of the head optical system, and a swinging mirror located on an axis perpendicular to the axis of the head optical system systems, and a television channel switching system, a laser rangefinder channel, including a transmitting path containing a laser emitter optically coupled to a mirror head, and a receiving path comprising a photodetector (FP) with a focusing system, optically coupled to a prismatic unit with a spectro-splitting coating, characterized in that the night television channel is also capable of working in the daytime - day-night, and a lens and a digital transmitting camera with a brightness amplifier with an extended din are introduced into it range, the CCD matrix of which is coupled to an electron-optical converter (EOP), the common head optical system is made in the form of a mirror-lens telescope, the television channel switching system is a pentaprism with a roof mounted behind the prism unit and made with the possibility of rotation through an angle of ± 90 ° relative to the axis of the mirror-lens telescope, in front of which a retroreflector is installed with the possibility of entering into the entrance pupil area to return part of the laser radiation into the mirror o-lens telescope, and in the non-working ("dead") area of the mirror-lens telescope, an optical element is installed that completely reflects laser radiation and directs it along the axis of the mirror-lens telescope, the prism block is made with a spectro-splitting coating on the hypotenuse face of one of its two generators of rectangular prisms and with a mirror coating on the opposite side of one of its prisms from the photodetector, a telescope optically coupled to the axis of the laser emitter is introduced into the transmitting channel of the laser rangefinder channel For, with a pair of optical wedges installed at its output, made with the possibility of mutual rotation, and the photodetector of the receiving path of the laser rangefinder channel is equipped with a backlight for its receiving platform.

2. The optical device according to claim 1, characterized in that it is equipped with actuators for turning the pentaprism, retroreflector, mutual rotation of the optical wedges.

3. The optical device according to claim 1, characterized in that the optical element installed in the non-working ("dead") area of the mirror-lens telescope is made in the form of a cylinder with a beveled angle of 45 °, which is coated with an optical coating that fully reflects laser radiation and directing it along the axis of the mirror-lens telescope.

4. The optical device according to claim 1, characterized in that the receiving path of the channel of the laser rangefinder is equipped with a shutter introduced into the field of view of the photodetector using an actuator.

5. The optical device according to claim 1, characterized in that the telescope of the transmitting channel of the laser rangefinder channel is equipped with a rotary prism if the axis of the laser radiation is not perpendicular to the optical axis of the mirror-lens telescope.