RU203118U1

RU203118U1 - INFRARED CIRCULAR VIEW SYSTEM

Info

Publication number: RU203118U1
Application number: RU2021100474U
Authority: RU
Inventors: Николай Ильич Павлов; Александр Яковлевич Прилипко; Алексей Николаевич Старченко
Original assignee: АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП")
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-03-23

Abstract

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению, в частности, инфракрасным системам кругового обзора.Технический результат заключается в обеспечении инфракрасной системой кругового обзора большего времени стабилизации изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ и увеличения дальности работы при простоте конструкции системы.Инфракрасная система кругового обзора включает в себя оптически сопряженные угломестное подвижное плоское зеркало, размещенное на горизонтальной платформе, две сборки из оптических клиньев, объектив, МФПУ, а также корпус, блок управления и обработки сигналов МФПУ, блок управления. Каждый из оптических клиньев, входящий в состав соответствующей сборки клиньев, выполнен в виде сектора диска, при этом толщина сектора диска изменяется вдоль его радиуса в соответствии с углом клина. Оптические клинья устанавливаются в сборке так, что каждая сборка образует соответствующий составной диск из идентичных оптических клиньев. Каждая сборка закреплена в корпусе системы, снабжена датчиком положения и приводом вращения, обеспечивающих вращение каждой сборки вокруг вертикальных осей с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях по командам от блока управления. Вертикальные оси, вокруг которых вращаются сборки из оптических клиньев, проходят через геометрические центры соответствующих составных дисков, расположены в одной плоскости с оптической осью системы и удалены от оптической оси системы на расстояние, равное половине разности диаметра составного диска и светового диаметра объектива. Угломестное подвижное плоское зеркало, горизонтальная платформа, объектив и фотоприемное устройство закреплены в корпусе системы, который снабжен датчиком положения и приводом вращения и выполнен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси по командам от блока управления. Корпус системы имеет плоское оптическое окно, оптически сопряженное с угломестным подвижным плоским зеркалом. Блок управления соединен с датчиками положения и приводами вращения угломестного зеркала, сборок оптических клиньев, корпуса системы и выполнен с возможностью управления работой этих узлов и блока управления и обработки сигналов МФПУ. 1 ил.The utility model relates to optoelectronic instrumentation, in particular, infrared all-round viewing systems. The technical result is to provide the infrared all-round viewing system with a longer image stabilization time on the photosensitive surface of the MFP and increase the operating range with a simple system design. The infrared all-round viewing system includes an optically coupled elevation movable flat mirror, placed on a horizontal platform, two assemblies of optical wedges, a lens, an MPDU, as well as a body, a control and signal processing unit of an MPDU, a control unit. Each of the optical wedges included in the corresponding assembly of wedges is made in the form of a disk sector, while the thickness of the disk sector changes along its radius in accordance with the angle of the wedge. The optical wedges are positioned in the assembly such that each assembly forms a corresponding composite disc of identical optical wedges. Each assembly is fixed in the system housing, equipped with a position sensor and a rotation drive, which ensure rotation of each assembly around vertical axes at the same angular velocity in opposite directions according to commands from the control unit. The vertical axes around which the assemblies of optical wedges rotate pass through the geometric centers of the corresponding composite disks, are located in the same plane with the optical axis of the system and are removed from the optical axis of the system at a distance equal to half the difference between the diameter of the composite disk and the light diameter of the objective. An angular movable flat mirror, a horizontal platform, a lens and a photodetector are fixed in the system housing, which is equipped with a position sensor and a rotation drive and is configured to rotate around a vertical axis according to commands from the control unit. The body of the system has a flat optical window, optically coupled with an elevation movable flat mirror. The control unit is connected to position sensors and drives for rotation of the elevation mirror, assemblies of optical wedges, the system body and is configured to control the operation of these units and the control unit and signal processing of the MPDU. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, а точнее к инфракрасным системам кругового обзора, представляющим собой специализированный класс приборов, предназначенных для получения информации об объектах наблюдения и окружающей обстановке по их собственному тепловому излучению. Обзор в таких системах осуществляется, как правило, в кольцевой зоне, размеры которой по углу места могут составлять десятки градусов.The utility model relates to the field of optoelectronic instrumentation, or rather to infrared systems of a circular view, which is a specialized class of devices designed to obtain information about objects of observation and the environment by their own thermal radiation. The survey in such systems is carried out, as a rule, in an annular zone, the dimensions of which in elevation can be tens of degrees.

При сканировании пространства системой кругового обзора на базе матричного фотоприемного устройства (МФПУ) изображение смещается по поверхности светочувствительной матрицы. Для получения качественного изображения необходимо обеспечить стабилизацию изображения на матрице. Для этой цели обычно используются устройства оптической компенсации сдвига изображения [ГОСТ Р 51833-2001. Фотограмметрия. Термины и определения. Дата введения 01.07.2002].When scanning space with a circular view system based on a matrix photodetector (MFP), the image is displaced over the surface of the photosensitive matrix. To obtain a high-quality image, it is necessary to provide image stabilization on the matrix. For this purpose, optical image shift compensation devices are usually used [GOST R 51833-2001. Photogrammetry. Terms and Definitions. Date of introduction 01.07.2002].

Известно устройство кругового обзора, содержащее азимутальную платформу, снабженную приводом и блоком управления приводом, с установленными на ней оптической системой и МФПУ, размещенным в фокальной плоскости оптической системы [Патент RU №2445644, дата приор. 19.04.2010, опубл.20.03.2012, Бюлл. №8]. Перед МФПУ на поворотной платформе, связанной с датчиком угла поворота, установлен оптический компенсатор, выполненный в виде преломляющей призмы с четным числом граней. Устройство также включает блок формирования синхроимпульсов (БФСИ), связанный с датчиком угла и со входом кадровой синхронизации МФПУ, а также мультипликатор, соединяющий ось поворотной платформы с осью сканирующей азимутальной платформы. Эти узлы устройства осуществляют синхронизацию работы МФПУ и оптического компенсатора. В результате система кругового обзора обеспечивает получение изображения сканируемой зоны пространства непрерывным образом без остановок азимутальной платформы.Known is a circular viewing device containing an azimuthal platform equipped with a drive and a drive control unit, with an optical system installed on it and an MPDU located in the focal plane of the optical system [Patent RU No. 2445644, date prior. 04/19/2010, publ. 03/20/2012, bull. No. 8]. An optical compensator is installed in front of the MFP on a turntable connected to a rotation angle sensor, made in the form of a refractive prism with an even number of faces. The device also includes a sync pulse generation unit (BFSI) connected to the angle sensor and to the frame synchronization input of the MFP, as well as a multiplier connecting the axis of the turntable with the axis of the scanning azimuth platform. These units of the device synchronize the operation of the MPDU and the optical compensator. As a result, the circular view system provides an image of the scanned area of space in a continuous manner without stopping the azimuth platform.

Недостатком данного устройства является малое время стабилизации изображения на светочувствительной поверхности МФПУ, в течение которого осуществляется экспонирование. Небольшое время экспонирования относительно длительности кадра приводит к низкому качеству изображения, фиксируемому МФПУ, особенно в условиях недостаточной освещенности и малого контраста объектов наблюдения. Использование преломляющей призмы в качестве оптического компенсатора обеспечивает фиксацию изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ в небольшом диапазоне рабочих углов от минус 15° до плюс 15° между нормалью к плоскости призмы и визирной осью оптической системы.The disadvantage of this device is the short time of image stabilization on the photosensitive surface of the MFP, during which exposure is carried out. A short exposure time relative to the duration of the frame leads to a low image quality recorded by the MFP, especially in conditions of insufficient illumination and low contrast of objects of observation. The use of a refractive prism as an optical compensator provides image fixation on the photosensitive surface of the MFP in a small range of working angles from minus 15 ° to plus 15 ° between the normal to the prism plane and the sighting axis of the optical system.

Если сравнить время поворота призмы в пределах диапазона рабочих углов с периодом кадровой развертки МФПУ, то оно составляет небольшую часть периода (к примеру, лишь одну треть для четырехгранной призмы, угловой период которой равен 90°). В остальное время кадра осуществляется переход призмы в следующее положение рабочих углов.If we compare the rotation time of the prism within the range of working angles with the period of the frame scan of the MFP, then it is a small part of the period (for example, only one third for a tetrahedral prism, the angular period of which is 90 °). The rest of the frame is the transition of the prism to the next position of the working angles.

Наиболее близким устройством того же назначения, что и заявляемое, по совокупности существенных признаков, является теплопеленгатор [Патент RU №2458356, дата приор. 15.04.2011, опубл. 10.08.2012, Бюлл. №22]. С точки зрения режимов работы данный теплопеленгатор можно рассматривать, в том числе, как инфракрасную систему кругового обзора. В п. 4 формулы изобретения по патенту RU №2458356 приведен вариант реализации теплопеленгатора для систем со сравнительно малым размером зоны обзора по угломестной координате (до 40°) и малым размером входного зрачка (до 30 мм).The closest device for the same purpose as the claimed one, in terms of the totality of essential features, is a heat direction finder [Patent RU No. 2458356, date prior. 04/15/2011, publ. 08/10/2012, Bull. No. 22]. From the point of view of operating modes, this heat direction finder can be considered, inter alia, as an infrared all-round viewing system. In clause 4 of the claims according to patent RU No. 2458356, an embodiment of a heat direction finder for systems with a relatively small size of the viewing area in the elevation coordinate (up to 40 °) and a small size of the entrance pupil (up to 30 mm) is shown.

Общими узлами для известного и заявляемого устройства являются последовательно расположенные на оптической оси оптически сопряженные угломестное подвижное плоское зеркало, размещенное на горизонтальной платформе под углом к горизонтальной оси, снабженное датчиком положения и приводом вращения, выполненное с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, два оптических клина, снабженные датчиками положения и приводами вращения, выполненные с возможностью вращения вокруг вертикальных осей с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях, объектив, МФПУ, электронные блоки управления и обработки информации, связанные с МФПУ, блок управления узлами устройства.Common units for the known and the claimed device are sequentially located on the optical axis, optically coupled elevation movable flat mirror, placed on a horizontal platform at an angle to the horizontal axis, equipped with a position sensor and a rotation drive, made with the possibility of rotation around the horizontal axis, two optical wedges equipped with position sensors and rotation drives, made with the possibility of rotation around vertical axes with the same angular velocity in opposite directions, lens, MFP, electronic control and information processing units associated with MFP, a control unit for the nodes of the device.

Пара оптических клиньев, выполненных с возможностью вращения вокруг вертикальных осей с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях, применены в устройстве-прототипе для оптической компенсации сдвига изображения. При вращении клиньев с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях изображение движется в плоскости фокальной матрицы с переменной скоростью. Когда оптические клинья составляют практически плоскопараллельную пластинку, скорость смещения изображения равна или близка к нулю. В этот момент осуществляется экспонирование МФПУ, которое занимает лишь долю длительности кадра. В оставшееся время кадра осуществляется считывание сигналов с выходов МФПУ. К моменту экспозиции следующего кадра оптические клинья завершают полный оборот и осуществляют фиксирование изображения в следующем фрагменте контролируемой зоны.A pair of optical wedges, made with the possibility of rotation around vertical axes with the same angular velocity in opposite directions, are used in the prototype device for optical compensation of image shift. When the wedges rotate with the same angular velocity in opposite directions, the image moves in the plane of the focal array with variable speed. When the optical wedges constitute a substantially plane-parallel plate, the image displacement rate is equal to or close to zero. At this moment, the exposure of the MFP is carried out, which takes only a fraction of the frame duration. In the remaining time of the frame, the signals are read from the outputs of the MFP. By the time of exposure of the next frame, the optical wedges complete a full revolution and capture the image in the next fragment of the controlled area.

К недостаткам устройства относится небольшое время стабилизации изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ, обеспечиваемое при функционировании устройства. В результате время экспонирования матрицы, в течение которого осуществляется накопление сигнала, по сравнению с общей длительностью кадра будет сравнительно небольшим. Особенно непродуктивна работа такого устройства при использовании МФПУ, работающих в режиме IWR (Integrate-While-Read- накопление сигнала при считывании), так как возможности матрицы не будут использоваться в должной мере.The disadvantages of the device include a short time of image stabilization on the photosensitive surface of the MFP, which is provided during the operation of the device. As a result, the exposure time of the matrix, during which the signal is accumulated, will be relatively short compared to the total frame duration. The operation of such a device is especially unproductive when using MFPs operating in the IWR (Integrate-While-Read) mode, since the capabilities of the matrix will not be used properly.

Оценки, приведенные в описании патента RU №2458356, показывают, что при кадровой частоте МФПУ fк=T00 Гц и шаге сканирования по азимутальной координате в 512 пикселей, можно зафиксировать изображение на время до 0,2Т, где Т - длительность экспозиции кадра, равная T=1/fк, что при fк=100 Гц с учетом временных затрат на считывание сигналов ограничивает время накопления величиной не более (1,5÷1,7) мс.The estimates given in the description of the patent RU No. 2458356 show that with the frame frequency of the MFP fc = T00 Hz and the scanning step along the azimuth coordinate of 512 pixels, it is possible to fix the image for a time of up to 0.2T, where T is the frame exposure duration equal to T = 1 / fk, which at fk = 100 Hz, taking into account the time spent on reading signals, limits the accumulation time to no more than (1.5 ÷ 1.7) ms.

Кроме того, описанное в патенте RU №2458356 устройство является достаточно сложным, что обусловлено его многофукциональностью, а также необходимостью обеспечения высоких динамических характеристик оптико-механических узлов. Такая сложность устройства ограничивает его возможности по достижению ряда технических характеристик при выполнении более простых задач сканирования пространства, когда, к примеру, не требуется быстрого переброса оптической оси с объекта на объект при сопровождении группы объектов. Наиболее существенным для конструкции с небольшим размером входного зрачка является ограничение по дальности работы системы.In addition, the device described in RU patent No. 2458356 is rather complicated due to its multifunctionality, as well as the need to ensure high dynamic characteristics of optical-mechanical units. This complexity of the device limits its ability to achieve a number of technical characteristics when performing simpler tasks of scanning space, when, for example, a quick transfer of the optical axis from object to object when accompanying a group of objects is not required. The most important for a design with a small entrance pupil is the limitation on the range of the system.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Полезная модель направлена на решение задачи создания инфракрасной системы кругового обзора, характеризующейся большим временем стабилизации изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ и увеличением дальности работы системы при простоте ее конструкции.The utility model is aimed at solving the problem of creating an infrared all-round viewing system, characterized by a long image stabilization time on the photosensitive surface of the MFP and an increase in the range of the system with a simplicity of its design.

Технический результат заключается в обеспечении инфракрасной системой кругового обзора большего времени стабилизации изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ и увеличения дальности работы при простоте конструкции системы.The technical result consists in providing a circular infrared system with a longer time of image stabilization on the photosensitive surface of the MFP and increasing the operating range with a simple design of the system.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в инфракрасной системе кругового обзора, содержащей последовательно расположенные на оптической оси оптически сопряженные угломестное подвижное плоское зеркало, размещенное на горизонтальной платформе под углом к горизонтальной оси, снабженное датчиком положения и приводом вращения, выполненное с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси по командам от блока управления, два оптических клина, выполненные с возможностью вращения с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях, объектив, матричное фотоприемное устройство, связанное с блоком управления и обработки сигналов матричного фотоприемного устройства, соединенным с блоком управления, в соответствии с заявляемым техническим решением каждый из оптических клиньев выполнен в виде сектора диска, при этом толщина сектора диска изменяется вдоль его радиуса в соответствии с углом клина, к каждому из оптических клиньев дополнительно прикреплены идентичные ему оптические клинья, устанавливаемые так, что каждая сборка образует соответствующий составной диск из оптических клиньев, при этом каждая сборка закреплена в корпусе системы, снабжена датчиком положения и приводом вращения, обеспечивающих вращение каждой сборки вокруг вертикальных осей с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях по командам от блока управления, а вертикальные оси, вокруг которых вращаются сборки из оптических клиньев, проходят через геометрические центры соответствующих составных дисков, расположены в одной плоскости с оптической осью системы и удалены от оптической оси системы на расстояние, равное половине разности диаметра составного диска и светового диаметра объектива, угломестное подвижное плоское зеркало, горизонтальная платформа, объектив и фотоприемное устройство закреплены в корпусе системы, при этом корпус системы имеет плоское оптическое окно, оптически сопряженное с угломестным подвижным плоским зеркалом, корпус системы снабжен датчиком положения и приводом вращения и выполнен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси по командам от блока управления, блок управления соединен с датчиками положения и приводами вращения угломестного зеркала, сборок оптических клиньев, корпуса системы и выполнен с возможностью управления работой этих узлов и блока управления и обработки сигналов матричного фотоприемного устройства.The above technical result is achieved by the fact that in the infrared system of circular viewing, containing sequentially located on the optical axis, optically conjugate elevation movable flat mirror, placed on a horizontal platform at an angle to the horizontal axis, equipped with a position sensor and a rotation drive, made with the possibility of rotation around the horizontal axes by commands from the control unit, two optical wedges made with the possibility of rotation with the same angular velocity in opposite directions, a lens, a matrix photodetector connected to the control unit and signal processing of a matrix photodetector connected to the control unit, in accordance with the claimed technical solution, each of the optical wedges is made in the form of a disk sector, while the thickness of the disk sector varies along its radius in accordance with the angle of the wedge, and identical optics are additionally attached to each of the optical wedges wedges, installed so that each assembly forms a corresponding composite disk of optical wedges, with each assembly fixed in the system housing, equipped with a position sensor and a rotation drive that rotate each assembly around vertical axes with the same angular velocity in opposite directions according to commands from the control unit, and the vertical axes around which the assemblies of optical wedges rotate pass through the geometric centers of the corresponding composite disks, are located in the same plane with the optical axis of the system and are removed from the optical axis of the system at a distance equal to half the difference between the diameter of the composite disk and the light diameter of the objective , an elevation movable flat mirror, a horizontal platform, a lens and a photodetector are fixed in the system case, while the system case has a flat optical window optically coupled with an elevation movable flat mirror, the system case is equipped with a position sensor and a rotation drive and is configured to rotate around a vertical axis according to commands from the control unit, the control unit is connected to position sensors and drives for rotation of the elevation mirror, optical wedge assemblies, the system body and is configured to control the operation of these units and the control unit and signal processing matrix photodetector.

Спектральные чувствительности оптических компонентов инфракрасной системы кругового обзора и МФПУ согласованы и лежат в одном спектральном диапазоне.The spectral sensitivities of the optical components of the all-round infrared system and the MPA are matched and lie in the same spectral range.

На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства, где 1 - угломестное подвижное плоское зеркало, размещенное на горизонтальной платформе, 2 - датчик углового положения угломестного зеркала 1, 3 - привод вращения угломестного зеркала 1 вокруг горизонтальной оси, 4 - горизонтальная платформа, 5,6 - сборки из оптических клиньев, вращающиеся в противоположных направлениях с одинаковой угловой скоростью, 7,8 - приводы вращения сборок оптических клиньев 5,6, соответственно, 9,10 - датчики углового положения сборок оптических клиньев 5,6, соответственно, 11-объектив, 12 - МФПУ, 13 - блок управления и обработки сигналов МФПУ, 14 - блок управления, 15- корпус, 16- плоское оптическое окно, 17,18 - единичные оптические клинья, выполненные в виде секторов дисков, толщина которых меняется вдоль радиуса диска, α - угол клина сектора диска, 19- привод вращения корпуса 15, 20- датчик углового положения корпуса 15, 21- осевой узел вращения, OO'-оптическая ось системы, АА' и ББ'- вертикальные оси, вокруг которых вращаются сборки оптических клиньев 5,6, соответственно.FIG. 1 shows a block diagram of the device, where 1 is an elevation movable flat mirror placed on a horizontal platform, 2 is a sensor for the angular position of an elevation mirror 1, 3 is a drive for rotation of an elevation mirror 1 around a horizontal axis, 4 is a horizontal platform, 5.6 are assemblies from optical wedges rotating in opposite directions with the same angular velocity, 7.8 - drives for rotation of optical wedge assemblies 5.6, respectively, 9.10 - angular position sensors of optical wedge assemblies 5.6, respectively, 11-lens, 12 - MPDU , 13 - control unit and signal processing MPPU, 14 - control unit, 15- case, 16- flat optical window, 17,18 - single optical wedges made in the form of disk sectors, the thickness of which varies along the radius of the disc, α - wedge angle disk sector, 19- drive for rotation of the case 15, 20- angular position sensor of the case 15, 21- axial rotation unit, OO'-optical axis of the system, AA 'and BB'- vertical axes, around the cat The optical wedge assemblies 5,6 rotate accordingly.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Вращение угломестного зеркала 1, размещенного на горизонтальной платформе 4, осуществляемое благодаря вращению корпуса 15, с которым соединена горизонтальная платформа 4, вокруг вертикальной оси, обеспечивает сканирование системой кругового обзора пространства по азимутальной координате. Вращение угломестного зеркала 1 вокруг горизонтальной оси, формируемое приводом вращения 3 по командам от блока управления 14, обеспечивает сканирование системой кругового обзора пространства по угломестной координате.The rotation of the elevation mirror 1, placed on the horizontal platform 4, carried out due to the rotation of the body 15, to which the horizontal platform 4 is connected, around the vertical axis, provides scanning of the space by the system of the circular view along the azimuth coordinate. The rotation of the elevation mirror 1 around the horizontal axis, formed by the rotation drive 3 according to commands from the control unit 14, provides the scanning of the space by the circular view system in the elevation coordinate.

В процессе поиска тепловое излучение объектов, проходящее через плоское оптическое окно 16, отражается от угломестного зеркала 1 и через отверстие в горизонтальной платформе 4 поступает на вращающиеся в противоположных направлениях оптические клинья, входящие в состав сборок оптических клиньев 5,6. Сборки оптических клиньев 5,6 снабжены приводами 7,8 и датчиками углового положения 9,10, соответственно. С выхода оптических клиньев световой пучок фокусируется объективом 11 на фоточувствительную поверхность МФПУ 12. МФПУ 12 связан с блоком 13 управления и обработки сигналов МФПУ. Блок 13 управляет режимами работы МФПУ 12, а также выполняет обработку данных, поступающих из МФПУ, и передает их в блок управления 14. Блок управления 14 осуществляет задания режимов работы блока 13 управления и обработки сигналов МФПУ, отображает текущую информацию о фоноцелевой обстановке и выявленных объектах с указанием их угловых координат. Блок управления 14 выполнен также с возможностью управления работой вращающихся узлов системы, включая обработку показаний датчиков углового положения и формирование сигналов управления приводами вращающихся узлов - угломестного зеркала 1, сборок оптических клиньев 5,6 и корпуса 15 в соответствии с заданными траекториями. Командно-информационный обмен между узлами системы и блоком управления 14 осуществляется через осевой узел вращения 21.In the search process, the thermal radiation of objects passing through a flat optical window 16 is reflected from the elevation mirror 1 and through a hole in the horizontal platform 4 enters the optical wedges rotating in opposite directions, which are part of the optical wedge assemblies 5,6. Assemblies of optical wedges 5,6 are equipped with drives 7,8 and angular position sensors 9,10, respectively. From the output of the optical wedges, the light beam is focused by the lens 11 onto the photosensitive surface of the MFP 12. The MFP 12 is connected to the unit 13 for controlling and processing the signals of the MFP. Unit 13 controls the modes of operation of the MFP 12, and also processes the data coming from the MFP, and transmits them to the control unit 14. The control unit 14 sets the operating modes of the unit 13 for control and processing of MFP signals, displays current information about the background target situation and the detected objects with indication of their angular coordinates. The control unit 14 is also configured to control the operation of the rotating units of the system, including processing the readings of the angular position sensors and generating control signals for the drives of the rotating units - the elevation mirror 1, the optical wedge assemblies 5,6 and the body 15 in accordance with the specified trajectories. Command and information exchange between the system units and the control unit 14 is carried out through the axial rotation unit 21.

Блок управления 14 может быть выполнен с обеспечением обмена информацией с внешними устройствами.The control unit 14 can be made with the provision of information exchange with external devices.

В оптическую схему системы вместо пары оптических клиньев введены сборки оптических клиньев 5 и 6 так, что каждая сборка образует соответствующий составной диск из идентичных оптических клиньев. Сборки 5,6 вращаются в противоположных направлениях с одинаковой угловой скоростью вокруг вертикальных осей, которые проходят через геометрические центры соответствующих составных дисков, расположены в одной плоскости с оптической осью системы и удалены от оптической оси системы на расстояние, равное половине разности диаметра составного диска и светового диаметра объектива. В результате увеличивается время, когда оптические клинья, входящие в состав сборок, составляют плоскопараллельную пластинку, соответственно, возрастает и время стабилизации изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ.Instead of a pair of optical wedges, assemblies of optical wedges 5 and 6 are introduced into the optical scheme of the system so that each assembly forms a corresponding composite disk of identical optical wedges. Assemblies 5,6 rotate in opposite directions with the same angular velocity around vertical axes that pass through the geometric centers of the corresponding composite disks, are located in the same plane with the optical axis of the system and are removed from the optical axis of the system by a distance equal to half the difference between the diameters of the composite disk and the light lens diameter. As a result, the time when the optical wedges included in the assemblies make up a plane-parallel plate increases, and, accordingly, the time of image stabilization on the photosensitive surface of the MFP also increases.

В итоге время экспонирования МФПУ, которое занимало при паре клиньев незначительную долю длительности формирования кадра, может быть существенно повышено. Особенно эффективно использование конструкции из сборок клиньев для матриц фотоприемных устройств, работающих в режиме IWR, когда возможности матрицы будут использованы в полной мере. Время накопления сигнала при использовании сборок клиньев возрастет в этом случае в несколько раз.As a result, the exposure time of the MFP, which took a small fraction of the duration of the frame formation with a pair of wedges, can be significantly increased. It is especially effective to use a design of wedge assemblies for matrices of photodetectors operating in the IWR mode, when the capabilities of the matrix will be used to the fullest. The signal accumulation time when using wedge assemblies will increase several times in this case.

На Фиг. 1 показан вариант реализации каждого из клиньев 17,18 в виде сектора диска, в котором изменение толщины сектора диска (уменьшение толщины), определяемое значением угла клина α, выполнено вдоль его радиуса от центра к внешнему краю. Из клиньев, идентичных клиньям 17,18, формируют сборки 5,6, соответственно. Возможен вариант исполнения сборок клиньев, формирующих составные диски, в которых толщины секторов составных дисков изменяются (уменьшаются) вдоль радиуса от внешнего края к центру диска в соответствии с углом клина α. Количество клиньев, в сборке формирующих составной диск, равно как и значение угла клина, выбирается исходя из оптимального соотношения ряда параметров, включая конструктивные габариты системы кругового обзора, световой диаметр входного зрачка объектива, возникающее угловое смещение оптической оси, характеристики МФПУ. К примеру, с одной стороны, увеличение числа оптических клиньев в сборке способствует увеличению времени накопления сигнала, с другой стороны, при постоянных габаритах системы приводит к уменьшению светового диаметра входного зрачка.FIG. 1 shows an embodiment of each of the wedges 17, 18 in the form of a disk sector, in which the change in the thickness of the disk sector (decrease in thickness), determined by the value of the angle of the wedge α, is performed along its radius from the center to the outer edge. From wedges identical to wedges 17,18, assemblies 5,6 are formed, respectively. A variant of execution of assemblies of wedges forming composite disks is possible, in which the thicknesses of sectors of composite disks change (decrease) along the radius from the outer edge to the center of the disk in accordance with the angle of the wedge α. The number of wedges forming a composite disk in the assembly, as well as the value of the wedge angle, is selected based on the optimal ratio of a number of parameters, including the design dimensions of the circular view system, the light diameter of the entrance pupil of the objective, the arising angular displacement of the optical axis, and characteristics of the MPDU. For example, on the one hand, an increase in the number of optical wedges in the assembly contributes to an increase in the signal accumulation time, on the other hand, with constant dimensions of the system, it leads to a decrease in the light diameter of the entrance pupil.

В сравнении с устройством-прототипом предложенное техническое решение позволяет отказаться от использования в оптической системе довольно сложных и дорогих в изготовлении блока компенсатора поворота изображения и телескопа переноса плоскости входного зрачка. Сложный и дорогой в изготовлении полусферический обтекатель, изготавливаемый, как правило, из цельного куска лейкосапфира (∅500×350 мм) и не имеющий качественного просветления, заменяется плоским оптическим окном из просветленного кремния. В целом, это способствует повышению пропускания оптической системы, что в совокупности с большим временем накопления сигнала позволяет увеличить предельную дальность работы системы кругового обзора при том же размере входного зрачка.In comparison with the prototype device, the proposed technical solution makes it possible to abandon the use in the optical system of the rather complicated and expensive to manufacture block of the image rotation compensator and the telescope for transferring the plane of the entrance pupil. A hemispherical fairing, which is complex and expensive to manufacture, is made, as a rule, from a single piece of leucosapphire (∅500 × 350 mm) and does not have high-quality anti-reflection coating, and is replaced by a flat optical window made of anti-reflection silicon. In general, this contributes to an increase in the transmission of the optical system, which, together with a long signal accumulation time, makes it possible to increase the maximum operating range of the circular view system with the same size of the entrance pupil.

Работоспособность приведенной на Фиг. 1 схемы была проверена экспериментально при реализации образца инфракрасной системы кругового обзора с охватом круговой зоны шириной до 40° на базе МФПУ среднего ИК диапазона форматом 640*514 элементов (пикселов) с шагом 15 мкм, кадровой частотой 100 Гц и возможностью работы в режиме IWR. В системе были использованы сборки из 6 клиньев каждая. Клинья были выполнены в виде секторов дисков из кремния, толщина которых менялась вдоль радиусов дисков в соответствии с углом клина α=0,37°. Исходя из предпосылок, что за временной интервал накопления сигнала угловое смещение оптической оси (центра пятна рассеяния) не превысит половину углового размера пиксела МФПУ, были сделаны оценки, показавшие следующее. При использовании вместо единичных оптических клиньев сборок из шести оптических клиньев, изготовленных и установленных в соответствии с заявляемым техническим решением, время стабилизации изображения на фоточувствительной поверхности МФПУ, и, соответственно, время накопления сигнала увеличивается в 3,05 раза и имеет для fк=100 Гц значение 5,5 мс вместо 1,8 мс для единичных клиньев, что и было подтверждено экспериментально. Скорость вращения сборок из 6-ти клиньев уменьшается в 6 раз по сравнению с одинарными клиньями и при кадровой частоте МФПУ, равной 100 Гц, составляет 16,7 Гц, что является дополнительным положительным результатом, заключающимся в том, что снижаются требования к механическим деталям приводов клиньев. Достигнутое повышение коэффициента пропускания системы практически в 2 раза в совокупности с увеличенным временем накопления сигнала позволило увеличить предельную дальность работы системы кругового обзора при том же размере входного зрачка не менее чем в 2 раза.The performance shown in FIG. 1 of the circuit was tested experimentally when implementing a sample of an infrared all-round viewing system covering a circular zone up to 40 ° wide on the basis of a mid-IR MFP with a format of 640 * 514 elements (pixels) with a pitch of 15 μm, a frame rate of 100 Hz and the ability to work in the IWR mode. The system used assemblies of 6 wedges each. The wedges were made in the form of sectors of silicon discs, the thickness of which varied along the radii of the discs in accordance with the wedge angle α = 0.37 °. Based on the assumptions that during the time interval of signal accumulation, the angular displacement of the optical axis (center of the scattering spot) will not exceed half the angular size of the MPA pixel, estimates were made that showed the following. When using instead of single optical wedges assemblies of six optical wedges, manufactured and installed in accordance with the claimed technical solution, the image stabilization time on the photosensitive surface of the MFP, and, accordingly, the signal accumulation time increases by 3.05 times and has for fc = 100 Hz the value of 5.5 ms instead of 1.8 ms for single wedges, which was confirmed experimentally. The rotation speed of assemblies of 6 wedges is reduced by 6 times compared to single wedges and at a vertical frequency of the MFP equal to 100 Hz, it is 16.7 Hz, which is an additional positive result that the requirements for the mechanical parts of the drives are reduced wedges. The achieved increase in the transmission coefficient of the system by almost 2 times, together with the increased signal accumulation time, made it possible to increase the maximum operating range of the circular view system with the same size of the entrance pupil at least 2 times.

Claims

Infrared circular viewing system containing sequentially located on the optical axis optically coupled elevation movable flat mirror, placed on a horizontal platform at an angle to the horizontal axis, equipped with a position sensor and a rotation drive, made with the possibility of rotation around the horizontal axis by commands from the control unit, two optical wedges made with the possibility of rotation with the same angular velocity in opposite directions, a lens, a matrix photodetector connected to the control unit and signal processing of the matrix photodetector connected to the control unit, characterized in that each of the optical wedges is made in the form of a disk sector, in this case, the thickness of the disk sector varies along its radius in accordance with the angle of the wedge; to each of the optical wedges are additionally attached identical optical wedges, which are installed so that each assembly forms a corresponding composite th disc of optical wedges, with each assembly fixed in the system case, equipped with a position sensor and a rotation drive, which ensure rotation of each assembly around vertical axes with the same angular velocity in opposite directions on commands from the control unit, and the vertical axes around which the assemblies rotate from optical wedges, pass through the geometric centers of the corresponding composite disks, are located in the same plane with the optical axis of the system and are removed from the optical axis of the system at a distance equal to half the difference between the diameter of the composite disk and the light diameter of the objective, elevation movable flat mirror, horizontal platform, objective and the photodetector is fixed in the system housing, while the system housing has a flat optical window, optically coupled with an elevation movable flat mirror, the system housing is equipped with a position sensor and a rotation drive and is configured to rotate around a vertical axis along a To commands from the control unit, the control unit is connected to position sensors and drives for rotation of the elevation mirror, optical wedge assemblies, the system body and is configured to control the operation of these units and the control unit and signal processing of the matrix photodetector.