RU44836U1

RU44836U1 - TWO-CHANNEL OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEM

Info

Publication number: RU44836U1
Application number: RU2004130894/22U
Authority: RU
Inventors: В.В. Тарасов; А.Е. Здобников; А.Н. Сухорученко; В.В. Груздев; А.Б. Лысов
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН"
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2005-03-27

Abstract

Полезная модель относится к области оптико - электронного приборостроения, а именно, к многоканальным оптико-электронным системам и может быть использована для наблюдения в сумерках и ночью в системах охраны, в военной технике, в полиции, а также в других областях деятельности человека.The utility model relates to the field of optoelectronic instrumentation, namely, to multi-channel optoelectronic systems and can be used for observation at dusk and at night in security systems, in military equipment, in the police, as well as in other areas of human activity.

Техническим результатом полезной модели является улучшение качества изображения с целью увеличения вероятности обнаружения, распознавания и идентификации объектов в любое время суток.The technical result of the utility model is to improve image quality in order to increase the likelihood of detection, recognition and identification of objects at any time of the day.

Технический результат достигается тем, что каждый из каналов двухканальной оптико-электронной системы, содержит объектив и установленный на его оптической оси фотоприемник, при этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием. Второй оптико - электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось, при этом диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышает диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.The technical result is achieved by the fact that each of the channels of the two-channel optical-electronic system contains a lens and a photodetector mounted on its optical axis, while the lens of the first optical-electronic channel is made of a mirror-lens with central shielding. The second optoelectronic channel is installed in front of the first, having a common optical axis with it, while the diameter of each of the components of the second optoelectronic channel does not exceed the diameter of the central screening zone of the lens of the first optoelectronic channel.

Двухканальная оптико - электронная система может быть выполнена двухполевой (широкое и узкое поля зрения) или двухспектральной. Формула полезной модели содержит 12 пунктов. Полезная модель иллюстрирована 1 фигурой чертежа.A two-channel optical - electronic system can be performed two-field (wide and narrow field of view) or two-spectral. The utility model formula contains 12 points. The utility model is illustrated by 1 drawing figure.

Description

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, а именно, к многоканальным оптико-электронным системам и может быть использована для наблюдения в сумерках и ночью в системах охраны, в военной технике, в полиции, а также в других областях деятельности человека.The utility model relates to the field of optoelectronic instrumentation, namely, to multi-channel optoelectronic systems and can be used for observation at dusk and at night in security systems, in military equipment, in the police, as well as in other areas of human activity.

Известны приборы ночного видения, выполненные на базе электронно-оптических преобразователей [1]. Они сравнительно просты и дешевы, обеспечивают наблюдение как выделенного объекта, так и окружающего его фона (местности) независимо от температурных контрастов объекта и фона. Но эти приборы не могут работать при пониженном уровне естественной ночной освещенности в пассивном режиме, а при использовании активного режима, при подсвете объекта излучением встроенного в прибор ночного видения осветителя, наблюдатель демаскируется.Known night vision devices made on the basis of electron-optical converters [1]. They are relatively simple and cheap, they provide observation of both the selected object and its background (terrain), regardless of the temperature contrasts of the object and background. But these devices cannot work with a reduced level of natural night illumination in the passive mode, and when using the active mode, when the object is illuminated by the radiation of the illuminator built into the night vision device, the observer is unmasked.

Известны низкоуровневые телевизионные системы, которые по сравнению с приборами на базе электронно-оптических преобразователей обеспечивают возможность дистанционной передачи изображения и его обработки в реальном масштабе времени, а также простое представление буквенно-цифровой и символьной информации [2]. Однако все главные недостатки приборов ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей остаются характерными и для низкоуровневых телевизионных систем.Known low-level television systems, which in comparison with devices based on electron-optical converters provide the ability to remotely transmit images and process them in real time, as well as a simple representation of alphanumeric and symbolic information [2]. However, all the main disadvantages of night-vision devices based on electron-optical converters remain typical for low-level television systems.

Известны тепловизионные приборы, которые могут работать во многих случаях при пониженной прозрачности атмосферы, в пыли, в дыму, при воздействии световых помех, если их спектр не совпадает со спектральным диапазоном работы тепловизионного прибора [3]. Но по сравнению с низкоуровневыми телевизионными системами тепловизионные приборы имеют слабую детализацию изображения. Качество изображения сильно зависит от температурных контрастов объекта и фона. К тому же тепловизионные приборы сложны и дороги, а в ряде случаев используют низкотемпературное (криогенное) охлаждение.Known thermal imaging devices that can work in many cases with reduced transparency of the atmosphere, in dust, in smoke, when exposed to light noise, if their spectrum does not coincide with the spectral range of the thermal imaging device [3]. But compared to low-level television systems, thermal imaging devices have poor image detail. Image quality is highly dependent on the temperature contrasts of the subject and background. In addition, thermal imaging devices are complex and expensive, and in some cases they use low-temperature (cryogenic) cooling.

Как следует из изложенного, все вышеперечисленные приборы имеют свои преимущества и недостатки. В связи с этим представляется целесообразным создание многоканальных приборов ночного видения, As follows from the foregoing, all of the above devices have their advantages and disadvantages. In this regard, it seems appropriate to create multi-channel night vision devices,

составленных из нескольких каналов таким образом, чтобы недостатки одних каналов компенсировались бы достоинствами других.made up of several channels so that the disadvantages of some channels would be offset by the merits of others.

Известна двухканальная оптико-электронная система, первый оптико-электронный канал которой (канал узкого поля зрения) содержит объектив, выполненный в виде вогнутого зеркала с контррефлектором. Второй оптико-электронный канал (канал широкого поля зрения) содержит линзовый объектив, установленный перед объективом первого оптико-электронного канала, имея общую с ним оптическую ось. Первый и второй оптико-электронные каналы имеют общую матрицу фотоприемников [4].A two-channel optical-electronic system is known, the first optical-electronic channel of which (narrow field of view channel) contains a lens made in the form of a concave mirror with a counter-reflector. The second optoelectronic channel (wide field of view channel) contains a lens mounted in front of the lens of the first optoelectronic channel, having a common optical axis with it. The first and second optoelectronic channels have a common photodetector array [4].

Обеспечивая получение изображения наблюдаемого объекта по двум каналам, известная оптико-электронная система не позволяет осуществить одновременное наблюдение одного и того же объекта в разных спектральных диапазонах с помощью различных приемников изображения с различным масштабом изображения.By providing an image of the observed object through two channels, the known optical-electronic system does not allow simultaneous observation of the same object in different spectral ranges using different image receivers with different image scales.

Наиболее близкой по техническому результату и выбранной за прототип является двухканальная оптико-электронная система, каждый из каналов которой содержит объектив и установленную в его фокальной плоскости на оптической оси матрицу фотоприемников. При этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием, а второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось [5].The closest to the technical result and chosen for the prototype is a two-channel optoelectronic system, each of the channels of which contains a lens and a photodetector array installed in its focal plane on the optical axis. In this case, the lens of the first optoelectronic channel is made mirror-lens with central shielding, and the second optoelectronic channel is installed in front of the first, having a common optical axis with it [5].

Известная оптико-электронная система позволяет осуществлять одновременное наблюдение одного и того же объекта в разных спектральных диапазонах с помощью различных приемников с различным масштабом изображения.The well-known optoelectronic system allows the simultaneous observation of the same object in different spectral ranges using various receivers with different image scales.

Однако известная двухканальная оптико-электронная система обладает большим коэффициентом центрального экранирования. Это приводит не только к существенному уменьшению светового потока проходящего через эту оптико-электронную систему, но и связано с существенным перераспределением энергии в плоскости фокусировки. Картина Эри изменяется таким образом, что значительная часть энергии из центрального максимума «перекачивается» в побочные максимумы. Это в конечном итоге снижает контрастность, а следовательно и качество изображения [6].However, the known two-channel optoelectronic system has a large coefficient of central shielding. This leads not only to a significant decrease in the luminous flux passing through this optoelectronic system, but is also associated with a significant redistribution of energy in the focusing plane. Erie's picture changes in such a way that a significant part of the energy from the central maximum is “pumped” to the side maxima. This ultimately reduces the contrast, and therefore the image quality [6].

Техническим результатом полезной модели является улучшение качества изображения.The technical result of the utility model is to improve image quality.

Технический результат достигается тем, что каждый из каналов двухканальной оптико-электронной системы, содержит объектив и установленный на его оптической оси фотоприемник, при этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием, а второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось.The technical result is achieved by the fact that each of the channels of a two-channel optical-electronic system contains a lens and a photodetector mounted on its optical axis, while the lens of the first optical-electronic channel is mirror-lens with central shielding, and the second optical-electronic channel is installed in front of the first having a common optical axis with it.

Для достижения технического результата диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышает диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.To achieve a technical result, the diameter of each of the components of the second optoelectronic channel does not exceed the diameter of the central screening zone of the lens of the first optoelectronic channel.

Фотоприемник может быть выполнен в виде матрицы фоточувствительных элементов, установленной, например, в фокальной плоскости объектива или в любом другом виде, например, в виде фотокатода ЭОП.The photodetector can be made in the form of a matrix of photosensitive elements installed, for example, in the focal plane of the lens or in any other form, for example, in the form of a photocathode of an image intensifier tube.

Объектив первого оптико-электронного канала может включать последовательно установленные по ходу лучей первое главное вогнутое зеркало и первый контррефлектор.The lens of the first optoelectronic channel may include sequentially installed along the rays of the first main concave mirror and the first counterreflector.

Первое главное вогнутое зеркало может быть выполнено сферическим, а первый контррефлектор может быть выполнен в виде зеркала Манжена.The first main concave mirror can be made spherical, and the first counterreflector can be made in the form of a Mangin mirror.

Объектив второго оптико-электронного канала может быть выполнен зеркально-линзовым и может включать последовательно установленные по ходу лучей положительную линзу, второе главное вогнутое зеркало, выполненное в виде зеркала Манжена с отверстием в центральной части, второй контррефлектор, закрепленный на положительной линзе, и линзовый компенсатор аберраций.The lens of the second optoelectronic channel can be mirror-lens and can include a positive lens sequentially installed along the rays, a second main concave mirror made in the form of a Mangin mirror with a hole in the central part, a second counterreflector mounted on the positive lens, and a lens compensator aberrations.

Второе главное вогнутое зеркало объектива второго оптико-электронного канала может быть выполнено, в виде сплошного зеркала Манжена без зеркального покрытия в центральной части. В этом случае линзы компенсатора аберраций могут быть склеены со вторым главным вогнутым зеркалом.The second main concave mirror of the lens of the second optoelectronic channel can be made in the form of a continuous Mangin mirror without a mirror coating in the central part. In this case, the lenses of the aberration compensator can be glued to the second main concave mirror.

Двухканальная оптико-электронная система может быть выполнена двухполевой (широкое и узкое поля зрения) или двухспектральной. Каждый из каналов может быть выполнен для работы в одном из нескольких диапазонов длин волн. Это может быть ультрафиолетовый диапазон, диапазон длин волн видимого света или диапазон длин волн ПК-излучения.A two-channel optoelectronic system can be performed two-field (wide and narrow field of view) or two-spectral. Each of the channels can be made to work in one of several wavelength ranges. This can be the ultraviolet range, the wavelength range of visible light, or the wavelength range of PC radiation.

При выполнении оптико-электронной системы двухполевой оба оптико-электронных канала, в частности, могут быть выполнены или телевизионными (0,4-0,95 мкм) или тепловизионными (3-5 мкм и 8-12 мкм).When performing a two-field optoelectronic system, both optoelectronic channels, in particular, can be either television (0.4-0.95 μm) or thermal imaging (3-5 μm and 8-12 μm).

При выполнении оптико-электронной системы двухспектральной, в частном случае, первый оптико-электронный канал может быть выполнен тепловизионным (8,0-12 мкм), а второй оптико-электронный канал -телевизионным (0,4-0,95 мкм).When performing an optoelectronic system with a two-spectral system, in a particular case, the first optoelectronic channel can be made thermal (8.0-12 microns), and the second optoelectronic channel television (0.4-0.95 microns).

Первый и второй оптико-электронные каналы могут быть выполнены в виде единой конструкции.The first and second optoelectronic channels can be made in the form of a single design.

Второй оптико-электронный канал может быть выполнен в виде сменного модуля с возможностью установки в конструкции первого оптико-электронного канала.The second optoelectronic channel can be made in the form of a replaceable module with the possibility of installation in the design of the first optoelectronic channel.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где (фиг.1) изображена принципиальная схема одного из вариантов выполнения предлагаемой двухканальной оптико-электронной системы в случае, когда второй оптико-электронный канал выполнен в виде сменного модуля с возможностью его установки в конструкции первого оптико-электронного канала.The utility model is illustrated in the drawing, where (Fig. 1) is a schematic diagram of one embodiment of the proposed two-channel optoelectronic system in the case when the second optoelectronic channel is made in the form of a replaceable module with the possibility of its installation in the design of the first optoelectronic channel.

Двухканальная оптико-электронная система содержит (фиг 1) корпус 1 в котором последовательно по ходу лучей установлены первое главное вогнутое зеркало 2, выполненное сферическим с центральным отверстием и первый контррефлектор 3 выполненный в виде зеркала Манжена. За первым главным вогнутым зеркалом 2 в фокальной плоскости первого объектива на его оптической оси установлена первая матрица фоточувствительных элементов 4. В центральном отверстии первого главного вогнутого зеркала 2 установлены линзы 5 и 6 компенсатора аберраций первого оптико-электронного канала.The two-channel optical-electronic system contains (Fig. 1) a housing 1 in which the first main concave mirror 2, made spherical with a central hole and the first counterreflector 3 made in the form of a Mangin mirror, is installed sequentially along the rays. Behind the first main concave mirror 2 in the focal plane of the first lens on its optical axis is the first matrix of photosensitive elements 4. In the central hole of the first main concave mirror 2 there are installed lenses 5 and 6 of the aberration compensator of the first optoelectronic channel.

Поток излучения попадает на первое главное вогнутое зеркало 2, проходя через первую защитную плоскопараллельную пластину 7. Защита от посторонних засветок обеспечивается первой блендой 8.The radiation flux enters the first main concave mirror 2, passing through the first protective plane-parallel plate 7. Protection from extraneous light is provided by the first hood 8.

При выполнении второго оптико-электронного канала в виде сменного модуля для его установки в конструкции первого оптико-электронного канала предусматривается наличие гнезда, которое может быть выполнено в виде стакана 9, а сам второй оптико-электронный канал в этом случае имеет защитный корпус 10. При выполнении второго оптико-электронного канала в виде единой конструкции наличие гнезда в виде стакана 9 и защитного корпуса 10 не предусматривается.When performing the second optoelectronic channel in the form of a replaceable module for its installation in the design of the first optoelectronic channel, a socket is provided, which can be made in the form of a glass 9, and the second optoelectronic channel in this case has a protective housing 10. When the implementation of the second optoelectronic channel in the form of a single design, the presence of a socket in the form of a glass 9 and a protective housing 10 is not provided.

Второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось.The second optoelectronic channel is installed in front of the first, having a common optical axis with it.

Второй оптико-электронный канал содержит второй объектив, выполненный зеркально-линзовым, в фокальной плоскости которого на оптической оси установлена вторая матрица фоточувствительных элементов 11. Второй объектив включает второе главное вогнутое зеркало 12, выполненное в виде зеркала Манжена без зеркального покрытия в центральной части, второй контррефлектор 13 с наружным отражением, приклеенный к положительной линзе 14. Не содержащая зеркального покрытия центральная часть второго главного вогнутого зеркала 12 вместе с приклеенными к ней линзами 15 и 16 образуют компенсатор аберраций второго оптико-электронного канала. Поток излучения попадает на второе главное вогнутое зеркало 12, проходя через вторую защитную плоскопараллельную пластину 17 и положительную линзу 14. Защита от посторонних засветок обеспечивается второй блендой 18.The second optoelectronic channel contains a second mirror-lens lens, in the focal plane of which a second matrix of photosensitive elements is mounted on the optical axis 11. The second lens includes a second main concave mirror 12, made in the form of a Mangen mirror without a mirror coating in the central part, the second counterreflector 13 with external reflection glued to the positive lens 14. The mirror-free central part of the second main concave mirror 12, together with glued to s lenses 15 and 16 form the aberration compensator of the second opto-electronic channel. The radiation flux enters the second main concave mirror 12, passing through the second protective plane-parallel plate 17 and the positive lens 14. Protection from extraneous light is provided by the second lens 18.

Диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышают диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.The diameter of each of the components of the second optoelectronic channel does not exceed the diameter of the central shielding zone of the lens of the first optoelectronic channel.

Если оба канала системы работают в одном спектральном диапазоне, то на входе может быть установлена единая защитная плоскопараллельная пластина. Кроме того следует сказать, что защитную функцию может выполнять и концентрический мениск.If both channels of the system operate in the same spectral range, then a single protective plane-parallel plate can be installed at the input. In addition, it should be said that a concentric meniscus can also perform a protective function.

Полезная модель работает следующим образом.The utility model works as follows.

Часть потока излучения, пройдя через первую защитную плоскопараллельную пластину 7, попадает на первое главное вогнутое зеркало 2. Далее, отразившись от первого главного вогнутого зеркала 2, Part of the radiation flux, passing through the first protective plane-parallel plate 7, falls on the first main concave mirror 2. Further, reflected from the first main concave mirror 2,

поток излучения попадает на первый контррефлектор 3. После отражения от первого контррефлектора 3 поток излучения проходит через линзы 5 и 6 компенсатора аберраций первого оптико-электронного канала и попадает на первую матрицу фоточувствительных элементов 4, на которой и формируется изображение объекта наблюдения. Защита от рассеянного света и посторонних засветок обеспечивается первой блендой 8.the radiation flux enters the first counterreflector 3. After reflection from the first counterreflector 3, the radiation flux passes through the lenses 5 and 6 of the aberration compensator of the first optoelectronic channel and enters the first matrix of photosensitive elements 4, on which the image of the observation object is formed. Protection from ambient light and stray light is provided by the first blend 8.

Другая часть потока излучения, пройдя через вторую защитную плоскопараллельную пластину 17 и положительную линзу 14 попадает на второе главное вогнутое зеркало 12 Далее, отразившись от второго главного вогнутого зеркала 12, поток излучения попадает на второй контррефлектор 13. После отражения от второго контррефлектора 13 поток излучения проходит через линзы 15 и 16 компенсатора аберраций второго оптико-электронного канала и попадает на вторую матрицу фоточувствительных элементов 11, на которой и формируется изображение объекта наблюдения. Защита от рассеянного света и посторонних засветок обеспечивается второй блендой 18.Another part of the radiation flux, passing through the second protective plane-parallel plate 17 and the positive lens 14, falls onto the second main concave mirror 12. Then, reflected from the second main concave mirror 12, the radiation flux enters the second counterreflector 13. After reflection from the second counterreflector 13, the radiation flux passes through the lenses 15 and 16 of the aberration compensator of the second optoelectronic channel, it enters the second matrix of photosensitive elements 11, on which the image of the observation object is formed. Protection from stray light and extraneous light is provided by the second hood 18.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано как в комбинированных оптических системах, когда информация от нескольких каналов представляется либо на различных, либо на общем дисплее, а отдельные каналы могут работать совместно или автономно, так и в интегрированных системах, когда отдельные каналы объединены на основе общей оптической системы и системы обработки информации. Это позволит увеличить вероятность обнаружения, распознавания и идентификации объектов в любое время суток.The proposed technical solution can be used both in combined optical systems, when information from several channels is presented either on different or on a common display, and individual channels can work together or independently, and in integrated systems when individual channels are combined on the basis of a common optical systems and information processing systems. This will increase the likelihood of detection, recognition and identification of objects at any time of the day.

Источники информации:Sources of information:

1. Волков В.Г. Приборы ночного видения нового поколения. Журнал «Специальная техника» №5,20011. Volkov V.G. New generation night vision devices. Special Technology Magazine No. 5,2001

2.. Куликов А.Н. Телевизионные наблюдения в сложных условиях. Журнал «Специальная техника» №5,20002 .. Kulikov A.N. Television observations in difficult conditions. Special Technology Magazine No. 5.2000

3. Волков В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения. Журнал «Специальная техника» №6,20013. Volkov V.G. Thermal imaging devices of a new generation. Special Technology Magazine No. 6,2001

4. Патент США №51610514. US Patent No. 5161051

5. Патент России №20918345. Patent of Russia No. 2091834

6. «Вычислительная оптика», Справочник под ред. Русинова М.М., Л., Машиностроение, 1984 г., ст.280)6. "Computational Optics", Handbook, ed. Rusinova M.M., L., Engineering, 1984, Art. 280)

Claims

1. A two-channel optical-electronic system, each of the channels of which contains a lens and a photodetector mounted on its optical axis, while the lens of the first optical-electronic channel is made of mirror-lens with central shielding, and the second optical-electronic channel is installed in front of the first, having it has a common optical axis, characterized in that the diameter of each of the components of the second optoelectronic channel does not exceed the diameter of the central shielding zone of the lens of the first optoelectronic channel.

2. The two-channel optical-electronic system according to claim 1, characterized in that the photodetector is made in the form of a matrix of photosensitive elements.

3. The two-channel optoelectronic system according to claim 1, characterized in that the lens of the first optoelectronic channel includes sequentially mounted first main concave mirror and a first counterreflector.

4. The two-channel optoelectronic system according to claim 3, characterized in that the first main concave mirror is made spherical, and the first counterreflector is made in the form of a Mangin mirror.

5. The two-channel optical-electronic system according to claims 1 and 2, characterized in that the lens of the second optical-electronic channel is made of a mirror-lens and includes a positive lens in series, the second main concave mirror, made in the form of a Mangen mirror with a hole in the central part , a second counterreflector mounted on a positive lens, and a lens aberration compensator.

6. The two-channel optical-electronic system according to claims 1 and 2, characterized in that the lens of the second optical-electronic channel is made of a mirror-lens and includes a positive lens in series, the second main concave mirror, made in the form of a continuous Mangen mirror without a mirror coating in the central part, a second counterreflector mounted on a positive lens, and a lens compensator for aberrations.

7. The two-channel optoelectronic system according to claim 6, characterized in that the lenses of the aberration compensator of the second optoelectronic channel are glued to the second main concave mirror.

8. The two-channel optoelectronic system according to claim 1, characterized in that both optoelectronic channels are made television.

9. The two-channel optoelectronic system according to claim 1, characterized in that both optoelectronic channels are made of thermal imaging.

10. The two-channel optoelectronic system according to claim 1, characterized in that the first optoelectronic channel is made thermal and the second optoelectronic channel is made television.

11. The two-channel optoelectronic system according to claim 1, characterized in that the first and second optoelectronic channels are made in the form of a single design.

12. The two-channel optical-electronic system according to claim 1, characterized in that the second optical-electronic channel is made in the form of a replaceable module with the possibility of installing the first optical-electronic channel in the design.