RU2664380C1 - Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером - Google Patents
Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664380C1 RU2664380C1 RU2016134182A RU2016134182A RU2664380C1 RU 2664380 C1 RU2664380 C1 RU 2664380C1 RU 2016134182 A RU2016134182 A RU 2016134182A RU 2016134182 A RU2016134182 A RU 2016134182A RU 2664380 C1 RU2664380 C1 RU 2664380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- optical
- thermal imaging
- optical system
- range
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
- G02B23/04—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors for the purpose of beam splitting or combining, e.g. fitted with eyepieces for more than one observer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/06—Aiming or laying means with rangefinder
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов. Отраженный канал выполнен дальномерным и содержащим первый компонент в виде положительной линзы, второй компонент в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала. Выполняются соотношения: d<d≤5⋅d, где d- размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера; d- максимальный размер излучающей площадки лазерного излучателя. Технический результат - уменьшение количества оптических компонентов и упрощение оптической системы прицела с сохранением качества оптического изображения и возможности измерения дальности через единую входную оптику. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено для тепловизионных приборов и прицелов с функцией измерения дальности, используемых в самых разнообразных условиях эксплуатации.
Известна оптическая система однозрачкового прицела с лазерным дальномером (патент RU 2560347 С1, опубл. 20.08.2015), содержащая визуальный и дальномерный каналы прицела с общей входной оптикой, содержащей спектроделительный кубик, формирующий канал встроенного лазерного дальномера, содержащий отрицательную линзу, четвертьволновую фазовую пластинку, поляризационный сплиттер, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную часть, каждая из которых содержит фокусирующие линзы.
Недостатком этой оптической системы является невозможность ночного наблюдения и сложность исполнения дальномерного канала прицела.
Наиболее близкой по технической сущности является однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (патент RU 2581763 С2, опубл. 20.04.2016), содержащая общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон телевизионного канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем отраженный телевизионный канал выполнен двухкомпонентным, между компонентами которого установлен спектроделительный кубик, пропускающий спектральный диапазон телевизионного канала и отражающий длину волны дальномерного канала, содержащего коллимирующую двухкомпонентную оптику, четвертьволновую фазовую пластинку, поляризационный сплиттер, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную часть, каждая из которых содержит двухкомпонентный объектив сопряжения.
Недостатком этой оптической системы является сложность исполнения телевизионного и дальномерного каналов прицела.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества оптических компонентов и упрощение оптической системы прицела с сохранением качества оптического изображения и возможности измерения дальности через единую входную оптику оптической системы.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в оптической системе однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером, содержащей общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов, в отличие от известного, отраженный канал выполнен дальномерным, содержащим первый компонент, выполненный в виде положительной линзы, второй компонент, выполненный в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала, при этом выполняются следующие соотношения:
dли<dфп≤5⋅dли,
где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;
dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.
Такая оптическая система обеспечивает сохранение качества оптического изображения, а также измерение лазерным дальномером дальности до объекта наблюдения через один общий входной зрачок оптической системы с уменьшением количества оптических компонентов и с упрощением оптической системы прицела.
Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером, в отличие от известной, содержит плоское отражающее зеркало в одной из ветвей лазерного дальномера, расположенное под углом к оптической оси, при этом выполняются следующие соотношения:
где αпз - угол наклона плоского отражающего зеркала к оптической оси;
αпзо - угол наклона плоского зеркала с осевым отверстием к оптической оси.
Оптическая схема оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по варианту 1 показана на фиг. 1.
Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, состоящий из менисковой линзы 1, спектроделительной пластинки 2 с дихроичным покрытием, пропускающим спектральный диапазон (например, 8÷14) мкм и отражающим спектральный диапазон (например, 0,6÷1,6) мкм, оптический канал в проходящем через спектроделительную пластинку 2 с дихроичным покрытием направлении, состоящий из положительной линзы 3 и положительной линзы 4, оптический канал в отраженном от пластинки с дихроичным покрытием направлении, содержащий положительную линзу 7, плоское зеркало 8 с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, фотоприемник 9 и полупроводниковый лазерный излучатель 10.
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:
расчетная длина волны | 10,6 мкм |
рабочий спектральный диапазон | (8,0÷13,5) мкм |
фокусное расстояние | 38,5 мм |
диаметр входного зрачка | 35,0 мм |
линейное поле зрения | 13,6 мм |
относительное отверстие | 1: 1,1 |
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для дальномерного канала на длине волны лазерного диода 1,54 мкм:
расчетная длина волны | 1,54 мкм |
фокусное расстояние | 104,92 мм |
диаметр входного зрачка | 40,0 мм |
эквивалентный диаметр входного зрачка | 28 мм (излуч) |
28 мм (ф/п) | |
эквивалентное относительное отверстие | 1:3,7 |
апертурный угол | 0÷15,2° (излуч) |
15,2÷21,5° мм (ф/п) |
- вариант предполагает одинаковое эквивалентное фокусное расстояние для излучающей и приемной ветвей дальномерного канала. Выбор другого значения эквивалентного фокусного расстояния осуществляется перерасчетом значений R13, R14.
Оптическая схема оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по второму варианту показана на фиг. 2.
Здесь в дальномерный канал введено плоское зеркало 11, ломающее оптическую ось излучающей ветви дальномера. Конструктивные параметры второго варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 2.
Принцип действия оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером заключается в следующем.
Первый компонент 1, выполненный в виде мениска, в сочетании со вторым компонентом 2, выполненным в виде спектроделительной пластинки с дихроичным покрытием на первой поверхности, является единым входным окном для трех каналов - тепловизионного, излучающего дальномерного и приемного дальномерного, работающих в различных спектральных диапазонах.
Оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении выполнен из двух компонентов 3 и 4, выполненных в виде положительных менисковых линз, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций на фоточувствительной площадке 6 фотоприемника с защитным стеклом 5 в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм.
Оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении выполнен дальномерным и состоит из положительной линзы 7, формирующей необходимое фокусное расстояние. Плоское зеркало 8 с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, осуществляет апертурное разделение, пропуская через осевое отверстие центральную часть входного зрачка для излучателя дальномера и отражая кольцевую внешнюю зону входного зрачка для фотоприемника дальномера, при этом размеры излучающей части излучателя и приемной площадки фотоприемника выбираются из соотношения:
dли<dфп≤5⋅dли,
где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;
dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.
Выполнением этого соотношения обеспечивается гарантированное превышение поля зрения фотоприемника над угловой расходимостью излучающего пучка.
Принцип действия оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по второму варианту заключается в том, что одна из ветвей лазерного дальномера, например излучающая, содержит плоское отражающее зеркало 11, расположенное под углом к оптической оси, при этом выполняются следующие соотношения:
αпз≥αпзо,
где αпз - угол наклона плоского отражающего зеркала к оптической оси;
αпзо - угол наклона плоского зеркала с осевым отверстием к оптической оси.
Выполнение этого соотношения для угла наклона плоского зеркала 11, меняющего угловое положение оптической оси излучающей ветви дальномерного канала, позволяет уменьшить габаритные размеры оптической системы однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером.
В излучающей ветви дальномерного канала обеспечивается максимальная величина кружка рассеяния ~ 17,1 мкм, что дает увеличение изображения пятна излучения на цели с 1,72 м до 1,88 м при дистанции до цели 1000 метров, что вполне допустимо при измерениях дальности.
В приемной ветви дальномерного канала обеспечивается максимальная величина кружка рассеяния ~ 24,1 мкм, что для фотоприемника с размером чувствительной площадки 0,35 мм обеспечивает отличное качество приема отраженного сигнала.
Для тепловизионного канала задаемся критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитываем:
- толщину защитного стекла 5 фотоприемника, равную 1,0 мм;
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длинах волн 8,0 мкм, 10,6 мкм и 13,5 мкм;
- пространственную частоту ~30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷13,5) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм).
Получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы тепловизионного канала:
для точки на оси | КПКM=48% |
КПКC=51% | |
для точки поля 4,0 мм от центра | |
изображения | КПКM=33% |
КПКC=47% | |
для точки поля 6,8 мм от центра | |
изображения | КПКM=31% |
КПКC=50% |
Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает хорошее качество изображения для однозрачковых оптико-электронных приборов, использующих тепловизионный канал высокого разрешения (формата не менее 640×480 пикселей) с микроболометрической матрицей спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм с размером пикселя 17 мкм, и встроенный канал лазерного дальномера.
Claims (8)
1. Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером, содержащая общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два канала для каждого из спектральных диапазонов, отличающаяся тем, что отраженный канал выполнен дальномерным, содержащим первый компонент, выполненный в виде положительной линзы, второй компонент, выполненный в виде плоского зеркала с осевым отверстием, расположенного под углом к оптической оси, и две ветви - фотоприемника и полупроводникового лазерного излучателя, оптически связанных с первым компонентом дальномерного канала, при этом выполняются следующие соотношения:
dли<dфп≤5⋅dли,
где dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;
dли - максимальный размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.
2. Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером по п. 1, отличающаяся тем, что одна из ветвей лазерного дальномера содержит плоское отражающее зеркало, расположенное под углом к оптической оси, при этом выполняются следующие соотношения:
αпз≥αпзо,
где αпз - угол наклона плоского отражающего зеркала к оптической оси;
αпзо - угол наклона плоского зеркала с осевым отверстием к оптической оси.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016134182A RU2664380C1 (ru) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016134182A RU2664380C1 (ru) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2664380C1 true RU2664380C1 (ru) | 2018-08-16 |
Family
ID=63177370
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016134182A RU2664380C1 (ru) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2664380C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120113409A1 (en) * | 2009-06-22 | 2012-05-10 | Nikon Vision Co., Ltd. | Range finder |
RU2515766C2 (ru) * | 2012-09-06 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Телевизионно-лазерный визир-дальномер |
RU2560347C1 (ru) * | 2014-04-07 | 2015-08-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Однозрачковый прицел с лазерным дальномером |
RU2579817C1 (ru) * | 2014-10-16 | 2016-04-10 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Оптическая система дальномера |
RU2581763C2 (ru) * | 2014-04-24 | 2016-04-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (варианты) |
-
2016
- 2016-08-19 RU RU2016134182A patent/RU2664380C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120113409A1 (en) * | 2009-06-22 | 2012-05-10 | Nikon Vision Co., Ltd. | Range finder |
RU2515766C2 (ru) * | 2012-09-06 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Телевизионно-лазерный визир-дальномер |
RU2560347C1 (ru) * | 2014-04-07 | 2015-08-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Однозрачковый прицел с лазерным дальномером |
RU2581763C2 (ru) * | 2014-04-24 | 2016-04-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (варианты) |
RU2579817C1 (ru) * | 2014-10-16 | 2016-04-10 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Оптическая система дальномера |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7672049B2 (en) | Telescope and panfocal telescope comprising planoconvex of planoconcave lens and deflecting means connected thereto | |
US10234283B2 (en) | Binoculars rangefinder | |
US8839526B2 (en) | Sighting device, in particular telescopic sight, for a geodetic measuring apparatus and optical objective unit assembly for such a sighting device | |
ES2959259T3 (es) | Configuración óptica para un sistema compacto de visualización día/noche y telémetro láser integrado | |
US8599482B2 (en) | Telescopic sight | |
US20170074650A1 (en) | Binocular with integrated laser rangefinder | |
US9746683B2 (en) | Automatic survey instrument | |
KR102209500B1 (ko) | 라이다 장치 | |
US20180314050A1 (en) | System and method for introducing display image into afocal optics device | |
RU2581763C2 (ru) | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером (варианты) | |
RU2572463C1 (ru) | Оптический прицел с лазерным дальномером | |
RU2664380C1 (ru) | Оптическая система однозрачкового тепловизионного прицела с встроенным лазерным дальномером | |
RU2570055C1 (ru) | Инфракрасный зеркально-линзовый объектив | |
TWI546567B (zh) | 雙筒望遠測距儀 | |
RU2655051C1 (ru) | Оптическая система прибора наблюдения | |
RU2646436C2 (ru) | Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером | |
CN111954842A (zh) | 电磁波检测装置以及信息获取系统 | |
JP2017072709A (ja) | 結像光学部材及び測量機の光学系 | |
RU2698545C2 (ru) | Комбинированный прибор наблюдения - прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером | |
JP2017072464A (ja) | 測量機の光学系 | |
CN111694144A (zh) | 一种双筒激光共轴测距望远镜 | |
RU2706391C1 (ru) | Прибор наблюдения-прицел с совмещенными оптическими осями входных зрачков рабочих каналов и со встроенным лазерным дальномером | |
RU2700033C2 (ru) | Двухспектральная оптическая система | |
RU2699125C1 (ru) | Прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером | |
EP4222450B1 (en) | Method for operating a geodetic instrument, and related geodetic instrument |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190820 |