многофункциональный оптико-электронный прибор на одном объективе

Формула изобретения

Многофункциональный оптико-электронный прибор на одном объективе, содержащий корпус, а также последовательно установленные на одной оптической оси по ходу излучения и последовательно соединенные объектив, прицельно-дальномерную сетку и окуляр, отличающийся тем, что в него введены последовательно установленные по ходу излучения и оптически соединенные первая прямоугольная призма, призма Дове, вторая прямоугольная призма, полупрозрачное зеркало с выключателем, кольцевое зеркало, оптический клин, лазерный диод и фотоприемник, а также поворотная оптическая головка и блок приводов по азимуту и углу места, при этом объектив и первая прямоугольная призма жестко закреплены в поворотной оптической головке, а поворотная оптическая головка механически соединена с блоком приводов по азимуту и углу места, кроме того, полупрозрачное зеркало установлено под углом 45^o к оптической оси и оптически соединено с оптическим клином, причем кольцевое зеркало установлено под углом 45^o к оптической оси и оптически соединено с фотоприемником, при этом расстояния по оптической оси от объектива до прицельно-дальномерной сетки и от объектива до фотоприемника равны фокусному расстоянию объектива соответственно.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к области оптики, в частности к устройствам измерительной техники, и может быть использовано для оценки оптических параметров при контроле эффективности мероприятий по маскировке объектов.

Известны отдельные оптические устройства, предназначенные для оценки оптических характеристик объектов, в которых используется принцип измерения одного параметра. При этом каждый оптический прибор имеет собственную систему наведения (см. например, Иванов Ю.А., Тяпкин Б.В. Инфракрасная техника в военном деле. - "Сов. Радио", 1963, с.218-310; журнал "Специальная техника", 4, 2001, с.2-7).

Недостатками таких устройств является в основном громоздкость измерительного комплекса приборов, включающего несколько приборов, т.е. большие массогабаритные характеристики, что зачастую может приводить к невозможности использования их в сложных условиях. Кроме того, при наведении различных приборов на одну и ту же точку при измерении параметра объекта происходит "смещение" точки измерения параметра, что, в свою очередь, может приводить к ошибкам измерений.

Наиболее близким предлагаемому устройству является активный оптический прицел, описанный в патенте RU 2170942 от 19.01.2000, МПК G 02 В 23/14; F 41 G 1/38, принятый за прототип.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:

1 - объектив;

2 - прицельно-дальномерная сетка;

3 - окуляр;

4 - корпус.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

В корпусе 4 закреплены и последовательно установлены на одной оптической оси по ходу излучения объектив 1, прицельно-дальномерная сетка 2 и окуляр 3.

Устройство-прототип работает следующим образом.

С помощью объектива 1 и окуляра 3 оператор осуществляет поиск и наведение на объект прибора. Прицельно-дальномерная сетка 2 позволяет оператору осуществлять точное наведение прибора на выбранную точку на объекте и при необходимости определять дальность до объекта.

Недостаток устройства-прототипа заключается в том, что прибор обеспечивает измерение только одного оптического параметра или определяют дальность до объекта. Для измерения других параметров требуются дополнительные устройства или приборы. При этом возникает сложность наведения различных устройств на одну точку объекта (с целью обеспечения требуемой точности измерений), а следовательно, введение ошибок в оценку параметров применительно к одной точке объекта.

Для устранения указанных недостатков в оптическую систему, содержащую последовательно соединенные и последовательно установленные на одной оптической оси по ходу излучения объектив, прицельно-дальномерную сетку и окуляр, введены последовательно установленные и оптически соединенные первая прямоугольная призма, призма Дове, вторая прямоугольная призма, полупрозрачное зеркало с выключателем, зеркало с кольцевым отверстием, по диаметру равным лазерному пучку в месте установки, лазерный диод (излучатель), оптический клин, поворотная оптическая головка, блок приводов по азимуту и углу места, а также фотоприемник. При этом расстояние от объектива до фотоприемника и расстояние от объектива до лазерного диода равны фокусному расстоянию объектива.

Кроме того, объектив и первая прямоугольная призма жестко закреплены в поворотной оптической головке, механически соединенной с блоком приводов по азимуту и углу места.

Это позволит расширить функциональные возможности устройства, повысить точность измерения оптических характеристик, уменьшить массогабаритные параметры измерительного комплекса.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:

1 - объектив;

2 - первая прямоугольная призма;

3 - призма Дове;

4 - вторая прямоугольная призма;

5 - полупрозрачное зеркало;

6 - кольцевое зеркало;

7 - фотоприемник;

8 - лазерный диод (излучатель);

9 - выключатель полупрозрачного зеркала;

10 - прицельно-дальномерная сетка;

11 - окуляр;

12 - оптический клин;

13 - поворотная оптическая головка;

14 - блок приводов по азимуту и углу места;

15 - корпус.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

В корпусе 15 устройства последовательно установлены и последовательно закреплены на одной оптической оси по ходу излучения объектив 1, первая прямоугольная призма 2, призма Дове 3, вторая прямоугольная призма 4, полупрозрачное зеркало 5, кольцевое зеркало 6 и лазерный диод (излучатель) 8. При этом расстояние от объектива 1 до лазерного диода 8 равно фокусному расстоянию f₀ объектива 1. Кольцевое зеркало 6 установлено под углом 45^o к оптической оси на некотором расстоянии х₁ от лазерного диода 8. Диаметр отверстия (кольца) зеркала 6 равен диаметру луча лазерного диода 8 в данном месте оптической оси. На расстоянии х₂ от оптической оси под углом 90^o к ней установлен фотоприемник 7. При этом обязательным условием является выполнение равенства х₁=х₂.

По оптической оси по ходу излучения на удалении y₁ от объектива 1 под углом 45^o установлено выключающееся зеркало 5 с механически закрепленным с ним выключателем 9, который позволяет вводить (включать) или выводить (выключать) выключающееся зеркало 5 в оптическую схему прибора. Расстояние y₂ от оптической оси "объектив - лазерный диод (излучатель)" выбирается таким, чтобы y₁+y₂= f₀. В этой точке установлена прицельно-дальномерная сетка 10 и оптический клин 12, а на расстоянии фокусного расстояния окуляра f_ок установлен окуляр 11.

В результате этого в одном устройстве реализуются пять независимых оптических каналов:

передатчик (включающий в себя объектив 1 + лазерный диод 8);

приемник (объектив 1 + кольцевое зеркало 6 + фотоприемник 7);

оптический визир (объектив 1 + полупрозрачное зеркало 5 + прицельно-дальномерная сетка 10 + окуляр 11);

измеритель метеорологической дальности видимости (объектив 1 + выключающееся зеркало 5 + оптический клин 12 + прицельно-дальномерная сетка 10 + окуляр 11);

оптический дальномер (объектив 1 + полупрозрачное зеркало 5 + прицельно-дальномерная сетка 10 + окуляр 11).

Остальные элементы обеспечивают работу указанных каналов.

Объектив 1 и первая прямоугольная призма 2 механически закреплены в поворотной оптической головке 13, механически связанной с блоком приводов по азимуту и углу места 14.

При этом оказывается, что все каналы при работе используют один общий объектив и одну прицельную сетку, т.е. наведение всех каналов прибора осуществляется на одну точку на объекте.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При включении выключателем полупрозрачного зеркала 9 автоматически создается оптический визир с увеличением , с помощью которого, используя блок приводов по азимуту и углу места 14 и поворотную оптическую головку 13, осуществляют поиск объекта и наведение на него многофункционального оптического прибора. Наличие в оптическом визире прицельно-дальномерной сетки 10 позволяет наводить канал с точностью не менее половины штриха сетки. Обычно это составляет 10"-30" (угловых секунд). С такой минимальной ошибкой все каналы прибора могут быть наведены на выбранную для измерений точку на объекте.

После наведения оптической системы на объект производят независимые измерения оптических параметров, например, таких как коэффициент обратного отражения в оптическом и лазерном диапазоне волн, контраст объекта, а также метеорологическую дальность видимости и дальность до объекта.

При включении лазерного диода (излучателя) 8 его излучение направляется на выбранную точку на объекте. Одновременно и независимо от работы передающего канала фотоприемник 7 принимает отраженный от объекта лазерный сигнал излучателя 8. Этот же канал может быть использован для регистрации лазерного излучения других лазерных источников.

Перемещая оптический клин 12 перпендикулярно оптической оси и изменяя тем самым величину светового потока, попадающего в оптический прибор, производят измерение метеорологической дальности видимости, характеризующей условия измерения.

Используя прицельно-дальномерную сетку 10, осуществляют не только наведения прибора на объект, но и измеряют дальность до него.

Таким образом, одновременно и независимо от работы каналов измеряют оптические, лазерные параметры, а также метеорологическую дальность видимости и дальность до объекта. При этом все параметры точно привязаны к одной и той же точке объекта.

Такое построение оптического прибора позволяет всем каналам работать одновременно и независимо друг от друга по одной точке на объекте без смешения излучаемого и принимаемого световых потоков.

Введение кольцевого зеркала 6, полупрозрачного зеркала 5, окуляра 11, прицельно-дальномерной сетки 10 и оптического клина 12 обеспечивает устойчивое и непрерывное измерение оптических характеристик объектов и условий проведения измерений. При этом устройство использует одну оптическую систему (объектив), что существенно снижает массогабаритные параметры измерительной системы при сохранении объема регистрируемой информации об объекте.

Призму Дове 3 используют для восстановления (поворота) изображения, перевернутого прямоугольными призмами 2 и 4. Это обеспечивает нормальную (привычную для глаза) работу оператора.

Реализация предлагаемого устройства не вызывает затруднений, так как все отдельно взятые блоки и узлы, входящие в него, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.