RU2501049C1

RU2501049C1 - Optical panoramic system

Info

Publication number: RU2501049C1
Application number: RU2012111288/28A
Authority: RU
Inventors: Федор Моисеевич Броун; Ринад Исмагилович Волков; Михаил Иванович Филатов; Александр Михайлович Хазов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Фотон"
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-12-10
Also published as: RU2012111288A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: system having a head part revolving about a vertical axis and a fixed ocular part has two identical optical channels, each having a rotary head reflector, a head telescopic system, fixed head reflectors which guide light flux into the ocular telescopic system and an aligning prism common for both channels, said prism being mounted on a vertical axis and turned about said axis by an angle twice less than the turning angle of the head part, and ocular reflectors, behind each of which a reflector and an ocular are placed. The rotary head reflectors are configured to synchronously turn about the horizontal axis and an axis perpendicular thereto. Fixed reflectors which guide light flux to corresponding head telescopic systems are placed behind the rotary head reflectors. Each optical channel further includes aligning prisms turned in opposite directions by an angle equal to half the turning angle of the head reflectors about the horizontal axis of the head part of the panoramic system.

EFFECT: high information value and efficiency of observation, reduced operator fatigue and providing view in the hemisphere of the surrounding space.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может найти применение при создании панорамных стереоскопических приборов наблюдения, ориентирования, обнаружения, разведки и распознавания объектов.The invention relates to optical-mechanical instrumentation and may find application in the creation of panoramic stereoscopic devices for observation, orientation, detection, reconnaissance and object recognition.

Широко известны оптические панорамические системы (ОПС), идеологической основой которой является панорамическая система Герца, включающая головной отражатель, выпрямляющую призму (призму Дове), объектив, окулярный отражатель и окуляр (И. Рябухин, «100 лет панораме Герца», http://npzoptics.ru,). Панорамическая система Герца применяется в большинстве панорамических морских и бронетанковых визиров, например, в перископических панорамных малогабаритных визирах серии ПМК (www.ckb-photon.ru/navy/viewfinders/htm#1).Optical panoramic systems (OPS) are widely known, the ideological basis of which is the Hertz panoramic system, including a head reflector, a straightening prism (Dove prism), a lens, an ocular reflector and an eyepiece (I. Ryabukhin, “100 years of the Hertz panorama”, http: // npzoptics.ru,). The Hertz panoramic system is used in most panoramic marine and armored sights, for example, in periscopic panoramic small-sized sights of the PMK series (www.ckb-photon.ru/navy/viewfinders/htm#1).

Основным достоинством панорамических систем является неизменное место оператора, что существенно уменьшает необходимое рабочее пространство вокруг прибора и повышает комфортность при работе с прибором во время кругового обзора окружающего пространства.The main advantage of panoramic systems is the constant position of the operator, which significantly reduces the required working space around the device and increases comfort when working with the device during a circular view of the surrounding space.

Недостатком приведенных выше ОПС является их монокулярность, которая ограничивает их возможности с точки зрения информативности, не позволяет получить информацию о рассматриваемой местности по глубине пространства, уменьшает разрешающую способность глаза, имеет меньшие обнаружительную и распознавательную способности, а потому эти системы менее эффективны при использовании по отношению к стереоскопическим (бинокулярным) системам. Кроме того, монокулярность вызывает ускоренную утомляемость глаза наблюдателя, что может привести к дополнительным потерям информации при наблюдении.The disadvantage of the above OPS is their monocularity, which limits their capabilities in terms of information content, does not allow obtaining information about the area under consideration in depth of space, reduces the resolution of the eye, has less detecting and recognizing abilities, and therefore these systems are less effective when used with respect to to stereoscopic (binocular) systems. In addition, monocularity causes accelerated eye fatigue of the observer, which can lead to additional information loss during observation.

Известны ОПС (патенты RU №2348956 C1 от 04.06.2007 г. и №2399073 C1 от 13.04.2009 г.), которые содержат два идентичных головных отражателя с телескопической оптической системой, установленные соосно друг другу под прямым углом к вертикальной оптической оси с возможностью синхронного поворота вокруг горизонтальной оптической оси, далее соосно с ними установлены отражатели, направляющие световые потоки вдоль вертикальной оптической оси, на которой установлена с возможностью поворота вокруг этой же оси выпрямляющая призма. Один из отражателей выполнен в виде прямоугольной призмы с крышей, а другой - в виде прямоугольной призмы. За выпрямляющей призмой установлена неподвижная окулярная телескопическая система с двумя отражателями в виде ромбических призм, за выходными гранями которых установлена бинокулярная часть системы, выполненная в виде пентапризм, одна из которых с крышей, и окуляров. Входные зрачки ромбических призм окулярной части совмещены с выходными зрачками соответствующих им головных телескопических систем.OPS are known (patents RU No. 2348956 C1 dated June 4, 2007 and No. 2399073 C1 dated April 13, 2009) that contain two identical head reflectors with a telescopic optical system mounted coaxially to each other at right angles to the vertical optical axis with the possibility synchronous rotation around the horizontal optical axis, then reflectors are installed coaxially with them, directing light fluxes along the vertical optical axis, on which a straightening prism is mounted to rotate around the same axis. One of the reflectors is made in the form of a rectangular prism with a roof, and the other in the form of a rectangular prism. Behind the rectifying prism, a fixed ocular telescopic system with two reflectors in the form of rhombic prisms is installed, behind the output faces of which there is a binocular part of the system made in the form of pentaprisms, one of which with a roof, and eyepieces. The entrance pupils of the rhombic prisms of the ocular part are aligned with the exit pupils of the corresponding head telescopic systems.

Выпрямляющая призма осуществляет оптическое сопряжение ромбических призм окулярной части системы с соответствующими призмами головной части (на рисунке патента RU №2348956 призма 4 и 5 оптически сопряжены с соответствующими ромбическими призмами 9, на рисунке патента RU №2399073 призмы 4 и 5 с призмами 10 и 11 соответственно). Оптическое сопряжение является необходимым условием последующего разделения световых потоков для левого и правого глаза. Кроме того, выпрямляющая призма призвана обеспечивать компенсацию поворота изображения при различных значениях углов поворотов относительно горизонтальной и вертикальной оптических осей. Компенсация поворота изображения осуществляется поворотом выпрямляющей призмы на полусумму углов поворотов головных отражателей относительно горизонтальной и вертикальной осей.The rectifying prism optically couples the rhombic prisms of the ocular part of the system with the corresponding prisms of the head part (in the figure of patent RU No. 2348956, prisms 4 and 5 are optically coupled with the corresponding rhombic prisms 9, in the figure of patent RU No. 2399073 prisms 4 and 5 with prisms 10 and 11, respectively ) Optical conjugation is a necessary condition for the subsequent separation of light fluxes for the left and right eyes. In addition, the rectifying prism is designed to provide compensation for image rotation at different values of the rotation angles relative to the horizontal and vertical optical axes. Compensation of image rotation is carried out by rotating the rectifying prism by half the angle of rotation of the head reflectors relative to the horizontal and vertical axes.

Существенный недостаток этой ОПС заключается в следующем: для компенсации поворота изображения при повороте головных отражателей вокруг горизонтальной оси (ось β) выпрямляющая призма должна повернуться на угол β/2. При этом изображения выходных зрачков головной части повернутся вокруг вертикальной оси на угол β относительно соответствующих входных зрачков ромбических призм окулярной части, что приведет к нарушению их оптического сопряжения. Нарушение оптического сопряжения вызывает, во-первых, срезание части световых потоков, идущих в окулярную часть; во-вторых, перемешивание световых потоков для левого и правого глаза, что приводит к наложению изображений друг на друга, нарушению стереоскопичности и снижению разрешающей способности оптической системы.A significant drawback of this OPS is the following: to compensate for the image rotation when the head reflectors rotate around the horizontal axis (β axis), the rectifying prism must rotate through an angle β / 2. In this case, the images of the exit pupils of the head part will rotate around the vertical axis by an angle β relative to the corresponding entrance pupils of the rhombic prisms of the ocular part, which will lead to a violation of their optical conjugation. Violation of optical conjugation causes, firstly, cutting off part of the light fluxes going to the ocular part; secondly, the mixing of light fluxes for the left and right eyes, which leads to overlapping images on each other, violating stereoscopy and reducing the resolution of the optical system.

От этих недостатков свободна ОПС (патент RU 2290676 C1, МПК: G02B 23/02), которая содержит последовательно установленные головной отражатель, две идентичные телескопические системы с ромбическими отражателями, выпрямляющую призму, неподвижную окулярную часть, содержащую телескопическую оптическую систему и две идентичные окулярные ветви (для левого и правого глаза), каждая из которых выполнена в виде ромбического отражателя, призмы и окуляра. Выходной зрачок каждой головной телескопической системы оптически сопряжен с соответствующей ветвью окулярной части. Оптическое сопряжение поддерживается выпрямляющей призмой путем ее поворота на половину угла визирования в горизонтальной плоскости.OPS is free from these drawbacks (patent RU 2290676 C1, IPC: G02B 23/02), which contains a series-mounted head reflector, two identical telescopic systems with rhombic reflectors, a straightening prism, a fixed ocular part containing a telescopic optical system and two identical ocular branches (for the left and right eyes), each of which is made in the form of a rhombic reflector, prism and eyepiece. The exit pupil of each head telescopic system is optically paired with the corresponding branch of the ocular part. Optical conjugation is supported by a rectifying prism by rotating it halfway through the viewing angle in the horizontal plane.

Недостатком этой ОПС является ограниченный рабочий угол визирования в вертикальной плоскости.The disadvantage of this OPS is the limited working angle of sight in the vertical plane.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение работы ОПС в полусфере обзора с получением стереоскопической информации об окружающем пространствеThe problem to which the invention is directed, is to ensure the operation of the OPS in the hemisphere of view with stereoscopic information about the environment

Техническим результатом является создание ОПС, позволяющей расширить круг задач по наблюдению, обнаружению, распознаванию и целеуказанию объектов в любой точке полусферы окружающего пространства, что в конечном счете увеличит объем получаемой информации, повысит эффективность работы оператора за счет работы двумя глазами, снизит нагрузку на его зрение.The technical result is the creation of an OPS that allows you to expand the range of tasks for observing, detecting, recognizing and targeting objects at any point in the hemisphere of the surrounding space, which ultimately will increase the amount of information received, increase the operator’s efficiency through two eyes, reduce the load on his vision .

Поставленная задача достигается тем, что ОПС, содержащая поворотную вокруг вертикальной оси головную часть и неподвижную окулярную часть, выполнена в виде двух идентичных оптических каналов, каждый из которых содержит поворотный по двум осям головной отражатель, головную телескопическую систему, неподвижные головные отражатели, направляющие световые потоки оптических каналов в общие для обоих каналов выпрямляющую призму и окулярную телескопическую систему, окулярные отражатели, вход каждого из которых оптически сопряжен с выходом соответствующего головного отражателя, за каждым окулярным отражателем последовательно установлены отражатель, объектив и окуляр, поворотные головные отражатели выполнены с возможностью их синхронных поворотов вокруг горизонтальной оси и оси, перпендикулярной к ней, а в каждый оптический канал дополнительно введены выпрямляющие призмы, развернутые в противоположные стороны на угол, равный половине угла поворота головных отражателей относительно горизонтальной оси головной части ОПС.This object is achieved in that the OPS, comprising a head part rotatable around a vertical axis and a fixed ocular part, is made in the form of two identical optical channels, each of which contains a head reflector rotatable along two axes, a head telescopic system, fixed head reflectors directing light fluxes optical channels into a straightening prism and an ocular telescopic system common to both channels, ocular reflectors, the input of each of which is optically coupled to the output with of the corresponding head reflector, a reflector, a lens and an eyepiece are sequentially mounted behind each ocular reflector, rotary head reflectors are made with the possibility of their simultaneous rotations around a horizontal axis and an axis perpendicular to it, and rectifying prisms are deployed in each optical channel, deployed in opposite directions on an angle equal to half the angle of rotation of the head reflectors relative to the horizontal axis of the head part of the OPS.

Дополнительно введенные выпрямляющие призмы могут быть выполнены в виде призмы Дове или в виде призмы Пехана и установлены либо за окулярными ромбическими призмами, либо за поворотными призмами головной части оптической системы.Additionally introduced rectifying prisms can be made in the form of a Dove prism or in the form of a Pehan prism and are installed either behind ocular rhombic prisms or behind rotary prisms of the head of the optical system.

На фиг.1 изображен вариант ОПС с расположением дополнительных выпрямляющих призм в окулярной части, на фиг.2 - вариант ОПС с расположением дополнительных выпрямляющих призм в головной части этой системы, фиг.3 поясняет работу ОПС при повороте ее головной части вокруг вертикальной оси α, фиг.4 поясняет работу ОПС при повороте головных отражателей вокруг горизонтальной оси β.In Fig.1 shows a variant of the OPS with the location of additional rectifying prisms in the ocular part, Fig.2 - a variant of the OPS with the location of additional rectifying prisms in the head of this system, Fig.3 explains the operation of the OPS when rotating its head around the vertical axis α, figure 4 explains the operation of the OPS when turning the head reflectors around the horizontal axis β.

Оптическая панорамическая система содержит (фиг.1) головные отражатели 1 и 2 с возможностью синхронного поворота по двум осям: вокруг горизонтальной оси (угол β) и оси перпендикулярной к ней (угол γ), жестко закрепленные отражатели 3, 4, 5, 6, 7, 8. Между отражателями 3, 5 и 4, 6 соответственно установлены головные телескопические системы 9 и 10. Указанные компоненты оптической панорамической системы составляют ее головную часть и могут вращаться вокруг вертикальной оси α.The optical panoramic system contains (Fig. 1) head reflectors 1 and 2 with the possibility of synchronous rotation along two axes: around a horizontal axis (angle β) and an axis perpendicular to it (angle γ), rigidly mounted reflectors 3, 4, 5, 6, 7, 8. Between the reflectors 3, 5 and 4, 6, respectively, the head telescopic systems 9 and 10 are installed. These components of the optical panoramic system constitute its head part and can rotate around the vertical axis α.

Окулярная часть оптической панорамической системы содержит выпрямляющую призму 11 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси а, окулярную телескопическую систему 12, выполненные в виде ромбических призм окулярные отражатели 13 и 14, отражатели 15 и 16, окуляры 17 и 18. Между окулярными отражателями 13, 14 и отражателями 15, 16 установлены выпрямляющие призмы 19 и 20.The ocular part of the optical panoramic system contains a rectifying prism 11 with the possibility of rotation around the vertical axis a, the eyepiece telescopic system 12, ocular reflectors 13 and 14 made of rhombic prisms, reflectors 15 and 16, eyepieces 17 and 18. Between the ocular reflectors 13, 14 and reflectors 15, 16 mounted rectifying prisms 19 and 20.

Вариант установки выпрямляющих призм 19 и 20 в головной части оптической панорамической системы представлен на фиг.2. В этом варианте выпрямляющие призмы 19 и 20 установлены между отражателями 5, 7 и 6, 8 соответственно.An installation option of the rectifying prisms 19 and 20 in the head of the optical panoramic system is presented in figure 2. In this embodiment, the rectifying prisms 19 and 20 are installed between the reflectors 5, 7 and 6, 8, respectively.

Оптическая панорамическая система работает следующим образом.Optical panoramic system operates as follows.

При повороте головной части на угол α отражатели 7 и 8 также разворачиваются на такой же угол α (фиг.3). При этом происходит нарушение оптического сопряжения выхода головной части (заштрихованная часть на фиг.3) со входом окулярной части (незаштрихованные круги на фиг.3) ОПС. Для восстановления оптического сопряжения выпрямляющую призму 11 поворачивают в том же направлении на угол, равный половине угла поворота головной части.When the head is rotated through an angle α, the reflectors 7 and 8 also unfold at the same angle α (Fig. 3). In this case, there is a violation of the optical coupling of the output of the head part (the shaded part in Fig. 3) with the input of the ocular part (open circles in Fig. 3) of the OPS. To restore optical coupling rectifying prism 11 is rotated in the same direction by an angle equal to half the angle of rotation of the head part.

При повороте головных отражателей 1 и 2 на угол β изображения в каждом окуляре поворачиваются на тот же угол β, причем поворачиваются в разные стороны (фиг.4). Для восстановления правильного изображения выпрямляющие призмы 19 и 20 поворачивают разнонаправленно на половину угла поворота головных отражателей 1 и 2.When the head reflectors 1 and 2 are rotated by an angle β, the images in each eyepiece rotate by the same angle β, and they rotate in different directions (Fig. 4). To restore the correct image, the rectifying prisms 19 and 20 are rotated in opposite directions by half the angle of rotation of the head reflectors 1 and 2.

При приближении угла β к 90° в управление положением визирной оси включаются повороты по углу γ (фиг.1 и 2), обеспечивая работу ОПС в полусфере окружающего пространства, включая большие высотные углы.When approaching the angle β to 90 °, the control of the position of the line of sight includes turns along the angle γ (Figs. 1 and 2), ensuring the operation of the OPS in the hemisphere of the surrounding space, including large altitude angles.

Claims

1. An optical panoramic system with a rotatable head around a vertical axis and a fixed ocular part, made in the form of two identical optical channels, each of which contains a rotatable head reflector, a head telescopic system, fixed head reflectors, directing the light fluxes of the optical channels into common for both channels of the ocular telescopic system and a straightening prism mounted on a vertical axis and rotated around this axis by an angle that is half the angle of rotation and the head part, ocular reflectors, the input of each of which is optically coupled to the output of the corresponding head reflector, a reflector and an eyepiece are installed sequentially behind each ocular reflector, characterized in that the rotary head reflectors are made with the possibility of their synchronous rotations around a horizontal axis and an axis perpendicular to fixed rotary reflectors are installed behind the rotary head reflectors, directing the light fluxes to the corresponding head telescopic systems, and in each first optical channel is further introduced rectifying prism deployed in opposite directions through an angle equal to half the angle of rotation of the head about the horizontal axis reflectors head portion panoramic system.

2. The optical panoramic system according to claim 1, characterized in that the rectifying prisms are made in the form of a Dove prism and are installed in the ocular part behind the ocular reflectors.

3. The optical panoramic system according to claim 1, characterized in that the rectifying prisms are made in the form of a Dove prism and are installed in the head part behind the head telescopic systems.

4. The optical panoramic system according to claim 1, characterized in that the rectifying prisms are made in the form of a Pehan prism and are installed in the head part between the optical components of the head telescopic system.