Двухканальная оптико-электронная система

Полезная модель относится к области оптико - электронного приборостроения, а именно, к многоканальным оптико-электронным системам и может быть использована для наблюдения в сумерках и ночью в системах охраны, в военной технике, в полиции, а также в других областях деятельности человека.

Техническим результатом полезной модели является улучшение качества изображения с целью увеличения вероятности обнаружения, распознавания и идентификации объектов в любое время суток.

Технический результат достигается тем, что каждый из каналов двухканальной оптико-электронной системы, содержит объектив и установленный на его оптической оси фотоприемник, при этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием. Второй оптико - электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось, при этом диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышает диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.

Двухканальная оптико - электронная система может быть выполнена двухполевой (широкое и узкое поля зрения) или двухспектральной. Формула полезной модели содержит 12 пунктов. Полезная модель иллюстрирована 1 фигурой чертежа.

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, а именно, к многоканальным оптико-электронным системам и может быть использована для наблюдения в сумерках и ночью в системах охраны, в военной технике, в полиции, а также в других областях деятельности человека.

Известны приборы ночного видения, выполненные на базе электронно-оптических преобразователей [1]. Они сравнительно просты и дешевы, обеспечивают наблюдение как выделенного объекта, так и окружающего его фона (местности) независимо от температурных контрастов объекта и фона. Но эти приборы не могут работать при пониженном уровне естественной ночной освещенности в пассивном режиме, а при использовании активного режима, при подсвете объекта излучением встроенного в прибор ночного видения осветителя, наблюдатель демаскируется.

Известны низкоуровневые телевизионные системы, которые по сравнению с приборами на базе электронно-оптических преобразователей обеспечивают возможность дистанционной передачи изображения и его обработки в реальном масштабе времени, а также простое представление буквенно-цифровой и символьной информации [2]. Однако все главные недостатки приборов ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей остаются характерными и для низкоуровневых телевизионных систем.

Известны тепловизионные приборы, которые могут работать во многих случаях при пониженной прозрачности атмосферы, в пыли, в дыму, при воздействии световых помех, если их спектр не совпадает со спектральным диапазоном работы тепловизионного прибора [3]. Но по сравнению с низкоуровневыми телевизионными системами тепловизионные приборы имеют слабую детализацию изображения. Качество изображения сильно зависит от температурных контрастов объекта и фона. К тому же тепловизионные приборы сложны и дороги, а в ряде случаев используют низкотемпературное (криогенное) охлаждение.

Как следует из изложенного, все вышеперечисленные приборы имеют свои преимущества и недостатки. В связи с этим представляется целесообразным создание многоканальных приборов ночного видения,

составленных из нескольких каналов таким образом, чтобы недостатки одних каналов компенсировались бы достоинствами других.

Известна двухканальная оптико-электронная система, первый оптико-электронный канал которой (канал узкого поля зрения) содержит объектив, выполненный в виде вогнутого зеркала с контррефлектором. Второй оптико-электронный канал (канал широкого поля зрения) содержит линзовый объектив, установленный перед объективом первого оптико-электронного канала, имея общую с ним оптическую ось. Первый и второй оптико-электронные каналы имеют общую матрицу фотоприемников [4].

Обеспечивая получение изображения наблюдаемого объекта по двум каналам, известная оптико-электронная система не позволяет осуществить одновременное наблюдение одного и того же объекта в разных спектральных диапазонах с помощью различных приемников изображения с различным масштабом изображения.

Наиболее близкой по техническому результату и выбранной за прототип является двухканальная оптико-электронная система, каждый из каналов которой содержит объектив и установленную в его фокальной плоскости на оптической оси матрицу фотоприемников. При этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием, а второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось [5].

Известная оптико-электронная система позволяет осуществлять одновременное наблюдение одного и того же объекта в разных спектральных диапазонах с помощью различных приемников с различным масштабом изображения.

Однако известная двухканальная оптико-электронная система обладает большим коэффициентом центрального экранирования. Это приводит не только к существенному уменьшению светового потока проходящего через эту оптико-электронную систему, но и связано с существенным перераспределением энергии в плоскости фокусировки. Картина Эри изменяется таким образом, что значительная часть энергии из центрального максимума «перекачивается» в побочные максимумы. Это в конечном итоге снижает контрастность, а следовательно и качество изображения [6].

Техническим результатом полезной модели является улучшение качества изображения.

Технический результат достигается тем, что каждый из каналов двухканальной оптико-электронной системы, содержит объектив и установленный на его оптической оси фотоприемник, при этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием, а второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось.

Для достижения технического результата диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышает диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.

Фотоприемник может быть выполнен в виде матрицы фоточувствительных элементов, установленной, например, в фокальной плоскости объектива или в любом другом виде, например, в виде фотокатода ЭОП.

Объектив первого оптико-электронного канала может включать последовательно установленные по ходу лучей первое главное вогнутое зеркало и первый контррефлектор.

Первое главное вогнутое зеркало может быть выполнено сферическим, а первый контррефлектор может быть выполнен в виде зеркала Манжена.

Объектив второго оптико-электронного канала может быть выполнен зеркально-линзовым и может включать последовательно установленные по ходу лучей положительную линзу, второе главное вогнутое зеркало, выполненное в виде зеркала Манжена с отверстием в центральной части, второй контррефлектор, закрепленный на положительной линзе, и линзовый компенсатор аберраций.

Второе главное вогнутое зеркало объектива второго оптико-электронного канала может быть выполнено, в виде сплошного зеркала Манжена без зеркального покрытия в центральной части. В этом случае линзы компенсатора аберраций могут быть склеены со вторым главным вогнутым зеркалом.

Двухканальная оптико-электронная система может быть выполнена двухполевой (широкое и узкое поля зрения) или двухспектральной. Каждый из каналов может быть выполнен для работы в одном из нескольких диапазонов длин волн. Это может быть ультрафиолетовый диапазон, диапазон длин волн видимого света или диапазон длин волн ПК-излучения.

При выполнении оптико-электронной системы двухполевой оба оптико-электронных канала, в частности, могут быть выполнены или телевизионными (0,4-0,95 мкм) или тепловизионными (3-5 мкм и 8-12 мкм).

При выполнении оптико-электронной системы двухспектральной, в частном случае, первый оптико-электронный канал может быть выполнен тепловизионным (8,0-12 мкм), а второй оптико-электронный канал -телевизионным (0,4-0,95 мкм).

Первый и второй оптико-электронные каналы могут быть выполнены в виде единой конструкции.

Второй оптико-электронный канал может быть выполнен в виде сменного модуля с возможностью установки в конструкции первого оптико-электронного канала.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где (фиг.1) изображена принципиальная схема одного из вариантов выполнения предлагаемой двухканальной оптико-электронной системы в случае, когда второй оптико-электронный канал выполнен в виде сменного модуля с возможностью его установки в конструкции первого оптико-электронного канала.

Двухканальная оптико-электронная система содержит (фиг 1) корпус 1 в котором последовательно по ходу лучей установлены первое главное вогнутое зеркало 2, выполненное сферическим с центральным отверстием и первый контррефлектор 3 выполненный в виде зеркала Манжена. За первым главным вогнутым зеркалом 2 в фокальной плоскости первого объектива на его оптической оси установлена первая матрица фоточувствительных элементов 4. В центральном отверстии первого главного вогнутого зеркала 2 установлены линзы 5 и 6 компенсатора аберраций первого оптико-электронного канала.

Поток излучения попадает на первое главное вогнутое зеркало 2, проходя через первую защитную плоскопараллельную пластину 7. Защита от посторонних засветок обеспечивается первой блендой 8.

При выполнении второго оптико-электронного канала в виде сменного модуля для его установки в конструкции первого оптико-электронного канала предусматривается наличие гнезда, которое может быть выполнено в виде стакана 9, а сам второй оптико-электронный канал в этом случае имеет защитный корпус 10. При выполнении второго оптико-электронного канала в виде единой конструкции наличие гнезда в виде стакана 9 и защитного корпуса 10 не предусматривается.

Второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось.

Второй оптико-электронный канал содержит второй объектив, выполненный зеркально-линзовым, в фокальной плоскости которого на оптической оси установлена вторая матрица фоточувствительных элементов 11. Второй объектив включает второе главное вогнутое зеркало 12, выполненное в виде зеркала Манжена без зеркального покрытия в центральной части, второй контррефлектор 13 с наружным отражением, приклеенный к положительной линзе 14. Не содержащая зеркального покрытия центральная часть второго главного вогнутого зеркала 12 вместе с приклеенными к ней линзами 15 и 16 образуют компенсатор аберраций второго оптико-электронного канала. Поток излучения попадает на второе главное вогнутое зеркало 12, проходя через вторую защитную плоскопараллельную пластину 17 и положительную линзу 14. Защита от посторонних засветок обеспечивается второй блендой 18.

Диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышают диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.

Если оба канала системы работают в одном спектральном диапазоне, то на входе может быть установлена единая защитная плоскопараллельная пластина. Кроме того следует сказать, что защитную функцию может выполнять и концентрический мениск.

Полезная модель работает следующим образом.

Часть потока излучения, пройдя через первую защитную плоскопараллельную пластину 7, попадает на первое главное вогнутое зеркало 2. Далее, отразившись от первого главного вогнутого зеркала 2,

поток излучения попадает на первый контррефлектор 3. После отражения от первого контррефлектора 3 поток излучения проходит через линзы 5 и 6 компенсатора аберраций первого оптико-электронного канала и попадает на первую матрицу фоточувствительных элементов 4, на которой и формируется изображение объекта наблюдения. Защита от рассеянного света и посторонних засветок обеспечивается первой блендой 8.

Другая часть потока излучения, пройдя через вторую защитную плоскопараллельную пластину 17 и положительную линзу 14 попадает на второе главное вогнутое зеркало 12 Далее, отразившись от второго главного вогнутого зеркала 12, поток излучения попадает на второй контррефлектор 13. После отражения от второго контррефлектора 13 поток излучения проходит через линзы 15 и 16 компенсатора аберраций второго оптико-электронного канала и попадает на вторую матрицу фоточувствительных элементов 11, на которой и формируется изображение объекта наблюдения. Защита от рассеянного света и посторонних засветок обеспечивается второй блендой 18.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано как в комбинированных оптических системах, когда информация от нескольких каналов представляется либо на различных, либо на общем дисплее, а отдельные каналы могут работать совместно или автономно, так и в интегрированных системах, когда отдельные каналы объединены на основе общей оптической системы и системы обработки информации. Это позволит увеличить вероятность обнаружения, распознавания и идентификации объектов в любое время суток.

Источники информации:

1. Волков В.Г. Приборы ночного видения нового поколения. Журнал «Специальная техника» №5,2001

2.. Куликов А.Н. Телевизионные наблюдения в сложных условиях. Журнал «Специальная техника» №5,2000

3. Волков В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения. Журнал «Специальная техника» №6,2001

4. Патент США №5161051

5. Патент России №2091834

6. «Вычислительная оптика», Справочник под ред. Русинова М.М., Л., Машиностроение, 1984 г., ст.280)

1. Двухканальная оптико-электронная система, каждый из каналов которой содержит объектив и установленный на его оптической оси фотоприемник, при этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием, а второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось, отличающаяся тем, что диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышают диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.

2. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что фотоприемник выполнен в виде матрицы фоточувствительных элементов.

3. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что объектив первого оптико-электронного канала включает последовательно установленные первое главное вогнутое зеркало и первый контррефлектор.

4. Двухканальная оптико-электронная система по п.3, отличающаяся тем, что первое главное вогнутое зеркало выполнено сферическим, а первый контррефлектор выполнен в виде зеркала Манжена.

5. Двухканальная оптико-электронная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что объектив второго оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым и включает последовательно установленные положительную линзу, второе главное вогнутое зеркало, выполненное в виде зеркала Манжена с отверстием в центральной части, второй контррефлектор, закрепленный на положительной линзе, и линзовый компенсатор аберраций.

6. Двухканальная оптико-электронная система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что объектив второго оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым и включает последовательно установленные положительную линзу, второе главное вогнутое зеркало, выполненное в виде сплошного зеркала Манжена без зеркального покрытия в центральной части, второй контррефлектор, закрепленный на положительной линзе, и линзовый компенсатор аберраций.

7. Двухканальная оптико-электронная система по п.6,отличающаяся тем, что линзы компенсатора аберраций второго оптико-электронного канала склеены со вторым главным вогнутым зеркалом.

8. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что оба оптико-электронных канала выполнены телевизионными.

9. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что оба оптико-электронных канала выполнены тепловизионными.

10. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что первый оптико-электронный канал выполнен тепловизионным, а второй оптико-электронный канал выполнен телевизионным.

11. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй оптико-электронные каналы выполнены в виде единой конструкции.

12. Двухканальная оптико-электронная система по п.1, отличающаяся тем, что второй оптико-электронный канал выполнен в виде сменного модуля с возможностью установки в конструкции первого оптико-электронного канала.