RU2130629C1

RU2130629C1 - Active pulse optoelectronic device for image visualization

Info

Publication number: RU2130629C1
Application number: RU95111100A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Трофимов; В.Г. Волков
Original assignee: Трофимов Юрий Владимирович; Волков Виктор Генрихович
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1999-05-20
Also published as: RU95111100A

Abstract

FIELD: instruments, in particular, optoelectronic equipment for observation in dark conditions. SUBSTANCE: device has catadioptric lens 2 which outputs image to photo optoelectronic device cathode 6, additional optical system, which consists of lens 18, turning system 20, projection mirrors 17, 19, 21, 7. Device is mounted to provide passing optical beam, which has passed through peripheral area of catadioptric lens 2, through additional lens 18, turning system 20, and its arrival to eye- piece 8. In addition lens of image generation and pulse laser semiconductor emitter 11 are mounted on axis of catadioptric lens 2 in front of its protection cover 3 outside of active region. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике оптико-электронных приборов визуализации изображения и предназначено для наблюдения при пониженном уровне естественной освещенности. The invention relates to techniques for optoelectronic imaging devices and is intended for observation at a reduced level of natural light.

Известен принятый за аналог прибор визуализации изображения /см. В.А.Орлов, В. И. Петров "Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости".- М.: Военное издательство, 1989 г., с, 106-107, рис.50/, состоящий из дневного и ночного каналов. Ночной канал состоит из последовательно установленных на оси линзового объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП), куб-призмы и окуляра, общего для ночного и дневного каналов. Дневной канал состоит из последовательно установленных двухлинзового объектива, линзовой оборачивающей системы, наклонного зеркала, сопрягающего ее через гипотенузную светоделительную грань куб-призмы с окуляром. Прибор допускает круглосуточную работу, но не обеспечивает работы ночью при пониженной прозрачности атмосферы и уровне естественной освещенности, близком к нулю, а также измерение дальности. Кроме того, в приборе два независимых входа для ночного и дневного каналов соответственно. Это увеличивает габариты входа и неудобно с точки зрения встраиваемости прибора в комплекс аппаратуры (например, в угольный комбайн или в систему вождения судов) с ограниченным оптическим входом. Known adopted for the analogue device image visualization / cm. V.A. Orlov, V. I. Petrov, "Observation Devices at Night and with Limited Visibility." - M.: Military Publishing House, 1989, p. 106-107, Fig. 50 /, consisting of day and night channels. The night channel consists of sequentially mounted on the axis of the lens, electron-optical transducer (EOP), a cube-prism and an eyepiece, common to night and day channels. The daytime channel consists of a sequentially mounted two-lens lens, a lens wraparound system, an inclined mirror that matches it through the hypotenuse beam splitting face of the cube prism with the eyepiece. The device allows round-the-clock operation, but does not provide night operation with reduced atmospheric transparency and a level of natural illumination close to zero, as well as range measurement. In addition, the device has two independent inputs for the night and day channels, respectively. This increases the dimensions of the entrance and is inconvenient from the point of view of the device being embedded in a complex of equipment (for example, in a coal processor or in a ship's navigation system) with a limited optical input.

Известен также принятый за прототип активно-импульсный прибор /там же, с.115...117, рис. 56/ визуализации изображения. Он содержит блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оси объектива, ЭОП и окуляра, блок импульсного подсвета, состоящий из объектива формирования излучения, сфокусированного на импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, подключенный к выходу блока накачки, блок стробирования, состоящий из последовательно подключенных задающего генератора импульсов, ко входу которого подключен синхронизирующий выход блока накачки, блока регулируемой задержки и формирования высоковольтных импульсов, подключенного к затвору ЭОП. Прибор обеспечивает возможность наблюдения и измерения дальности в ночных условиях как при нормальных, так и при пониженных уровнях прозрачности и естественной освещенности. Однако прибор не обеспечивает работы днем в оптимальном для него режиме /за счет стробирования возможна работа и днем, но фотокатод при этом перегружается/. Кроме того, для объективов блока наблюдения и блока импульсного подсвета требовался отдельный оптический вход для каждого, что ограничивает применение прибора, как и устройства - аналога. Also known is the active-pulse device adopted for the prototype / ibid., P. 115 ... 117, Fig. 56 / image renderings. It contains a monitoring unit, consisting of series mounted on the axis of the lens, image intensifier tube and eyepiece, a pulsed illumination unit, consisting of a radiation generating lens focused on a pulsed laser semiconductor emitter connected to the output of the pump unit, a strobing unit, consisting of serially connected master pulse generator , the input of which is connected to the synchronizing output of the pump unit, the adjustable delay unit and the formation of high-voltage pulses connected to the shutter yelling image intensifier tube. The device provides the ability to observe and measure ranges at night, both under normal and low levels of transparency and natural light. However, the device does not provide work during the day in the optimal mode for it / due to gating, work is possible during the day, but the photocathode is overloaded /. In addition, for the lenses of the observation unit and the pulsed illumination unit, a separate optical input was required for each, which limits the use of the device, as well as the analog device.

Технической задачей изобретения является обеспечение круглосуточной работы и уменьшение размеров оптического входа. An object of the invention is to provide round-the-clock operation and reducing the size of the optical input.

Технический результат достигается тем, что в известный активно-импульсный оптико-электронный прибор визуализации изображения, содержащий блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива, включающего последовательно установленные по ходу луча защитное зеркало с концентрическим кольцевым зеркальным покрытием на его второй поверхности, зеркало Манжена и линзовый компенсатор полевых аберраций, импульсного электронно-оптического преобразователя и окуляра, блок импульсного подсвета, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов, ко входу которого подключен синхронизирующий выход блока накачки, блока регулируемой задержки и формирователя высоковольтных импульсов, выход которого подключен к затвору импульсного электронно-оптического преобразователя, отличающийся тем, что объектив формирователя излучения и импульсный лазерный полупроводниковый излучатель установлены на оси зеркально-линзового объектива перед его защитным стеклом в его нерабочей зоне, на выходе защитного стекла в его периферической части установлено наклонное поворотное плоское зеркало, на выходе которого последовательно установлены линзовый объектив, первое наклонное плоское зеркало, оборачивающая система, второе наклонное плоское зеркало и откидное наклонное плоское зеркало, оптически сопрягающее оборачивающую систему с окуляром через установленное между ним и экраном электронно-оптического преобразователя откидное наклонное плоское зеркало. The technical result is achieved by the fact that in a known active-pulse optical-electronic device for image visualization, comprising a monitoring unit, consisting of a mirror-lens mounted in series on the optical axis, including a protective mirror with a concentric annular mirror coating installed in series on the second axis surfaces, a Mangin mirror and a lens compensator for field aberrations, a pulsed electron-optical converter and an eyepiece, a pulsed block A light consisting of a serially connected master pulse generator, to the input of which a synchronizing output of a pump unit, an adjustable delay unit and a high-voltage pulse shaper is connected, the output of which is connected to a shutter of a pulsed electron-optical converter, characterized in that the radiation shaper lens and a pulsed laser semiconductor emitter mounted on the axis of the mirror lens in front of its protective glass in its non-working area, at the exit of the protective glass in its peripheral part, an inclined rotary flat mirror is installed, at the output of which a lens is mounted sequentially, a first inclined flat mirror, a reversing system, a second inclined flat mirror and a folding inclined flat mirror, which optically matches the reversing system with the eyepiece through an electronic Optical Converter Hinged Inclined Flat Mirror.

Схема прибора представлена на чертеже, где:
1 - блок наблюдения,
2 - зеркально-линзовый объектив,
3 - защитное стекло,
4 - зеркало Манжена,
5 - линзовый компенсатор полевых аберраций,
6 - электронно-оптический преобразователь /ЭОП/,
7, 17 - откидное зеркало,
8 - окуляр,
9 - блок импульсного подсвета,
10 - объектив формирования излучения,
11 - импульсный лазерный полупроводниковый излучатель,
12 - блок накачки,
13 - блок стробирования,
14 - задающий генератор импульсов,
15 - блок регулируемой задержки,
16 - формирователь высоковольтных импульсов,
18 - линзовый объектив,
19 - первое наклонное плоское зеркало,
20 - оборачивающая система,
21 - второе наклонное плоское зеркало.The diagram of the device is shown in the drawing, where:
1 - observation unit,
2 - mirror-lens lens
3 - protective glass,
4 - mirror of Mangin,
5 - lens compensator for field aberrations,
6 - electron-optical Converter / image intensifier /,
7, 17 - folding mirror
8 - eyepiece,
9 - block backlight,
10 - lens for the formation of radiation,
11 - pulsed laser semiconductor emitter,
12 - pumping unit,
13 - block gating,
14 - master pulse generator,
15 - block adjustable delay
16 - shaper high-voltage pulses,
18 - lens lens
19 - the first inclined flat mirror
20 - wrapping system,
21 - the second inclined flat mirror.

Прибор содержит блок 1 наблюдения. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси зеркально-линзового объектива 2, включающего последовательно установленные по ходу луча защитное стекло 3 с нанесенным на его вторую поверхность концентрическим кольцевым зеркальный покрытием, зеркало Манжена 4 и линзовый компенсатор 5 полевых аберраций, ЭОП 6, откидного наклонного плоского зеркало 7 и окуляра 8. Прибор содержит блок 9 импульсного подсвета, включающий объектив формирования излучения 10, сфокусированный на импульсный лазерный полупроводниковый излучатель 11, подключенный к выходу блока накачки 12. При этом объектив 10 и излучатель 11 установлены на оси зеркально-линзового объектива 2 перед его защитным стеклом 3 в его нерабочей зоне. Прибор содержит блок 13 стробирования, состоящий из последовательно подключенных задающего генератора импульсов 14, ко входу которого подключен синхронизирующий выход блока накачки 12, блок 15 регулируемой задержки и формирователь 16 высоковольтных импульсов, выход которого подключен к затвору импульсного ЭОП. На выходе защитного стекла 3 в его периферической части установлено наклонное поворотное плоское зеркало 17. На его выходе последовательно установлены линзовый объектив 18, первое наклонное плоское зеркало 19, оборачивающая система 20 и наклонное плоское зеркало 21, оптически сопрягающее оборачивающую систему 20 с окуляром 8 через установленное между ним и экраном ЭОП 6 откидное наклонное плоское зеркало 7. The device contains a block 1 observation. It consists of a mirror-lens lens 2 mounted sequentially on the optical axis, including a protective glass 3 sequentially mounted along the beam with a concentric annular mirror coating deposited on its second surface, a Mangin’s mirror 4 and a lens compensator 5 of field aberrations, image intensifier 6, a tilting inclined plane a mirror 7 and an eyepiece 8. The device contains a block 9 of pulsed illumination, including a lens for generating radiation 10, focused on a pulsed laser semiconductor emitter 11, under connected to the output of the pump unit 12. In this case, the lens 10 and the emitter 11 are mounted on the axis of the mirror-lens objective 2 in front of its protective glass 3 in its inoperative zone. The device contains a gating unit 13, consisting of a serially connected master pulse generator 14, to the input of which a synchronizing output of the pump unit 12 is connected, an adjustable delay unit 15 and a high-voltage pulse shaper 16, the output of which is connected to the gate of a pulse EOP. At the exit of the protective glass 3, an inclined rotary flat mirror 17 is installed in its peripheral part. A lens lens 18, a first inclined flat mirror 19, a wrapping system 20 and an inclined flat mirror 21, which optically matches the wrapping system 20 with the eyepiece 8 through the mounted between it and the screen of the image intensifier 6 folding inclined flat mirror 7.

Прибор функционирует следующим образом. При работе ночью зеркала 7 и 17 находятся в положении, показанном на чертеже сплошной линией. В пассивном режиме излучение от объекта и окружающего его фона поступает в объектив 2, который создает изображение на фотокатоде ЭОП 6. Последний преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости. Изображение с экрана ЭОП 6 наблюдается оператором через окуляр 8. The device operates as follows. When working at night, the mirrors 7 and 17 are in the position shown in the drawing by a solid line. In the passive mode, the radiation from the object and the background surrounding it enters the lens 2, which creates an image on the photocathode of the image intensifier tube 6. The latter converts the image into a visible one and enhances its brightness. The image from the screen of the image intensifier 6 is observed by the operator through the eyepiece 8.

При работе прибора в активно-импульсном режиме включается блок 9 импульсного подсвета и блок 13 стробирования. Блок 12 накачки возбуждает импульсами тока импульсный лазерный полупроводниковый излучатель 11, генерирующий импульсы излучения, соответствующие импульсам тока. Объектив 10 формирования излучения коллимирует и направляет излучение подсвета к наблюдаемому объекту, импульсы излучения, отраженные от объекта, попадают в объектив 2, который формирует изображение объекта на фотокатоде ЭОП 6. Затвор последнего заперт и открывается только в момент прихода на фотокатод импульса излучения, несущего информацию о наблюдаемом объекте. Длительность импульса открытого состояния затвора /длительность строба/ равна или несколько превышает длительность импульса подсвечивающего излучения, ЭОП 6 преобразует изображение в видимое, усиливает его, а оператор наблюдает его через окуляр 8. Для указанной выше синхронной работы блока 9 импульсного подсвета и затвора ЭОП 6 служит блок 13 стробирования. Одновременно с запуском излучателя 11 блок 12 накачки выдает синхронизирующий импульс, который возбуждает задающий генератор 14 импульсов. Последний через блок 15 регулируемой задержки запускает формирователь 16 высоковольтных импульсов, который создает на выходе импульсы напряжения, отпирающие затвор ЭОП 6. В блоке 15 регулируемой задержки оператором плавно регулируется задержка между моментом генерирования излучателем 11 импульса подсвета и моментом отпирания затвора ЭОП 6. В тот момент, когда эта задержка окажется равной времени прохождения импульсами излучения расстояния от прибора до наблюдаемого объекта и обратно, оператор увидит изображение цели. When the device is operating in the active-pulse mode, the pulsed illumination unit 9 and the gating unit 13 are turned on. The pump unit 12 excites current pulses of a pulsed laser semiconductor emitter 11, generating radiation pulses corresponding to current pulses. The radiation generating lens 10 collimates and directs the illumination radiation to the observed object, the radiation pulses reflected from the object fall into the lens 2, which forms the image of the object on the photocathode of the image intensifier 6. The shutter of the latter is locked and opens only when the radiation pulse arrives at the photocathode about the observed object. The duration of the pulse of the open state of the shutter / the length of the strobe / is equal to or slightly greater than the duration of the pulse of the illuminating radiation, the image intensifier 6 converts the image into a visible one, enhances it, and the operator observes it through the eyepiece 8. For the above synchronous operation of the pulsed illumination unit 9 and the electronic image intensifier shutter 6 serves block 13 gating. Simultaneously with the start of the emitter 11, the pump unit 12 generates a synchronizing pulse, which excites the master pulse generator 14. The latter, via the adjustable delay unit 15, starts the high-voltage pulse generator 16, which generates voltage pulses at the output that unlock the EOF shutter 6. In the adjustable delay unit 15, the operator continuously adjusts the delay between the moment the backlight pulse emitter 11 is generated and the moment the EOF shutter is unlocked 6. At that moment when this delay turns out to be equal to the time the radiation pulses travel the distance from the device to the observed object and vice versa, the operator will see the image of the target.

При работе в активно-импульсном режиме происходит измерение дальности до цели по величине вводимой задержки, а также наблюдение в условиях пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь и пр.) и при любом понижении естественной освещенности. When working in the active-pulse mode, the distance to the target is measured by the value of the introduced delay, as well as observation in conditions of reduced transparency of the atmosphere (haze, fog, rain, etc.) and with any decrease in natural illumination.

При работе прибора днем зеркала 7 и 17 переводятся в положение, показанное на чертеже пунктиром. При этом излучение от объекта наблюдения и окружающего его фона через защитное стекло 3 и зеркало 17 поступает в объектив 18, который формирует изображение. С помощью зеркала 19 оно сопрягается с оборачивающей системой 20, создающей прямое изображение, которое через зеркала 21 и 7 переносится в фокальную плоскость окуляра 8, через который наблюдается оператором. When the device is used during the day, the mirrors 7 and 17 are translated into the position shown in dashed lines in the drawing. In this case, the radiation from the object of observation and the background surrounding it through the protective glass 3 and the mirror 17 enters the lens 18, which forms the image. Using the mirror 19, it mates with the wrapping system 20, which creates a direct image, which through the mirrors 21 and 7 is transferred to the focal plane of the eyepiece 8, through which the operator observes.

Таким образом, по сравнению с прибором-прототипом, прибор обеспечивает круглосуточное наблюдение. Поскольку оптические входы объективов 2, 10 и 18 находятся в пределах защитного стекла 3, то по сравнению с прибором-прототипом сокращаются размеры оптического входа. Это расширяет область применения прибора. Thus, in comparison with the prototype device, the device provides round-the-clock monitoring. Since the optical inputs of the lenses 2, 10 and 18 are within the protective glass 3, the dimensions of the optical input are reduced in comparison with the prototype device. This extends the scope of the device.

Claims

An active-pulsed optoelectronic image visualization device comprising an observation unit, consisting of a mirror glass lens mounted in series on the optical axis, including a protective glass, a mange mirror, a secondary mirror in the form of a concentric annular mirror coating on the second surface of the protective glass and a lens compensator for field aberrations, a pulsed electron-optical transducer and eyepiece, as well as a block of pulsed illumination, with consisting of a radiation generating lens with a pulsed laser semiconductor emitter with a pumping unit in focus, and a master pulse generator connected in series to the input of which is a synchronizing output of a pumping unit, an adjustable delay unit, and a high-voltage pulse shaper, the output of which is connected to a pulse electronic gate an optical converter, characterized in that the radiation forming lens and a pulsed laser semiconductor emitter are mounted on the axis of the mirror-lens lens in front of its protective glass in the non-working area of the lens, and the first hinged inclined flat mirror mounted behind the protective glass in its peripheral part, the lens lens sequentially mounted behind it, the first inclined flat mirror, and the wrapping system are introduced into it , a second inclined planar mirror and a second hinged inclined flat mirror located between the screen of the electro-optical transducer and the eyepiece.