ЛАЗЕРНЫЙ БИНОКЛЬ-ДАЛЬНОМЕР
LASER BINOCULAR RANGE FINDER

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.
Известен лазерный бинокль-дальномер, содержащий канал излучателя, включающий лазерный излучатель с передающим объективом, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, дисплей и бинокулярный визир, состоящий из двух параллельных визирных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр [1].
Недостатком этого лазерного бинокля-дальномера является наличие четырех оптических каналов, каждый со своим объективом, что не позволяет минимизировать габариты прибора и одновременно максимизировать его дальность действия. Этот недостаток устранен в лазерных биноклях дальномерах с совмещенными каналами. В дальномерах [3, 4] приемный канал совмещен с одной из трубок визирного канала, а в дальномерах [5, 6] - приемный канал совмещен с одной из трубок визирного канала, а канал излучателя - с другой трубкой.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лазерный бинокль-дальномер, описанный в [2]. Этот лазерный бинокль-дальномер содержит канал излучателя, включающий лазерный излучатель с передающим объективом, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, дисплей и двухканальный (бинокулярный) визир, состоящий из двух параллельных визирных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр. Для сокращения габаритов устройства в этот лазерный дальномер введен спектроделительный элемент, позволяющий совместить один из визирных каналов с приемным каналом, разделяя по спектральному составу излучение, собираемое объективом одной из визирных трубок, между окуляром (видимое излучение) и фотоприемным устройством (излучение с длиной волны лазера).
Такое построение лазерного бинокля-дальномера затрудняет совмещение канала излучателя с одним из визирных каналов, особенно при использовании твердотельного лазерного излучателя, вследствие ряда причин:
- большие габариты излучателя и устройств его энергообеспечения (схемы накачки и поджига) затрудняют их встраивание в оптическую схему портативного прибора;
- противоречия требований к взаимному положению объективов и окуляров усложняют конструкцию прибора и ведут к ограничению световых диаметров объективов, т.е. к ухудшению наблюдательных характеристик и снижению дальности действия;
- усложняется механизм регулировки межзрачкового расстояния окуляров бинокля, особенно при повышенных требованиях к стабильности взаимного положения оптических осей канала излучателя и приемного канала: при совмещении каналов для регулировки межзрачкового расстояния приходится перемещать лазерный излучатель и фотоприемное устройство, что усложняет механизм этой регулировки и методику юстировки прибора;
- затруднено размещение в составе бинокля-дальномера дополнительных устройств: электронного компаса, инклинометра, приемника спутниковой навигации, электронно-оптического преобразователя и др.;
- известные схемы совмещения оптических каналов с помощью спектроделительного элемента характеризуются снижением светопропускания как в каналах визира, так и в дальномерных каналах, что приводит к ухудшению наблюдательных характеристик визира и снижению дальности действия дальномера.
Задачей изобретения является повышение дальности действия лазерного бинокля-дальномера при одновременном сокращении его габаритов.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном бинокле-дальномере, содержащем канал излучателя, включающий лазерный излучатель с передающим объективом, приемный канал, включающий фотоприемное устройство с приемным объективом, дисплей для отображения результатов измерений и данных о состоянии устройства, по крайней мере один спектроделительный элемент и бинокулярный визир, состоящий из двух визирных каналов в виде параллельных зрительных трубок, каждая из которых включает объектив, оборачивающую систему и окуляр, причем объектив одного из визирных каналов является объективом приемного канала, а один из окуляров имеет сетку с прицельной маркой, в каждый визирный канал между объективом и оборачивающей системой введены два параллельных наклонных зеркала, первое наклонное зеркало в каждом визирном канале представляет собой спектроделительный элемент, отражающий видимое излучение в направлении второго наклонного зеркала и пропускающий излучение с длиной волны лазерного излучателя, а второе наклонное зеркало смещено относительно первого в горизонтальном направлении и отражает видимое излучение в сторону окуляра, причем объектив второго визирного канала является объективом канала излучателя.
Второе наклонное зеркало может представлять собой спектроделительный элемент, пропускающий излучение с длиной волны излучающих элементов дисплея, установленного в один из визирных каналов. Изображение дисплея сквозь это наклонное зеркало проецируется в поле зрения окуляра.
Оба наклонных зеркала могут быть нанесены на плоскопараллельные пластинки.
Оба наклонных зеркала могут быть нанесены на рабочие грани ромбической призмы.
Первое наклонное зеркало может быть нанесено на плоскопараллельную пластинку, а второе наклонное зеркало нанесено на гипотенузную грань спектроделительного кубика.
В качестве оборачивающей системы может быть использована линзовая оборачивающая система.
Может быть введен второй дисплей, например, для формирования подвижной прицельной марки, связанный с вторым визирным каналом.
Дисплей может быть расположен в поле зрения окуляра за вторым наклонным зеркалом.
В качестве оборачивающей системы может быть введен электронно-оптический преобразователь, фотокатод которого совмещен с фокальной плоскостью объектива, а экран - с фокальной плоскостью окуляра.
Лазерный излучатель может состоять из лазера и отрицательной линзы.
Лазер может быть размещен так, что его оптическая ось ориентирована в направлении, обратном объективу, а между лазером и отрицательной линзой введен обратный отражатель, ломающий оптическую ось лазера на 180° и совмещающий ее с оптической осью отрицательной призмы.
Перед фотоприемным устройством может быть введен оптический компонент, например отрицательная линза, совместно с приемным объективом образующий телеобъектив, в фокальной плоскости которого размещена чувствительная площадка фотоприемного устройства.
Для отведения в приемный канал части излучения зондирующего импульса могут быть введены две встречно ориентированные отражающие поверхности, установленные рядом с первыми наклонными зеркалами с их внешней стороны относительно вторых наклонных зеркал.
Между отражающими поверхностями может быть введен объектив, создающий на чувствительном элементе фотоприемного устройства изображение пятна зондирующего излучения от ближайшей к лазерному излучателю отражающей поверхности с помощью второй отражающей поверхности.
Для оптимального конструктивного размещения дисплея между вторым наклонным зеркалом и дисплеем может быть введен дефлектор.
На фиг.1 представлена оптическая схема бинокля-дальномера. На фиг.2 показан вариант размещения твердотельного лазера. Фиг.3 иллюстрирует вариант конструктивного исполнения бинокля-дальномера. На фиг.4 показаны вариант схемы отвода части излучения зондирующего импульса на фотоприемное устройство и вариант размещения дисплея.
Бинокль-дальномер (фиг.1) содержит два визирных канала, включающих два объектива 1а и 1б, два первых наклонных зеркала 2а и 2б, два вторых наклонных зеркала 3а и 3б, две оборачивающие системы 4а и 4б и два окуляра 5а и 5б. С левым визирным каналом совмещен лазерный излучатель 6, включающий лазер 7 и отрицательную линзу 8. С левым визирным каналом совмещен также дисплей 9 с микрообъективом 10. С правым визирным каналом совмещено фотоприемное устройство 11. Оборачивающие системы 4а и 4б выполнены в виде линзовых оборачивающих систем. В фокальной плоскости объектива 1б правого визирного канала размещена сетка 12 с прицельной маркой, сопряженной с оптической осью фотоприемного устройства 11. Оптические оси лазерного излучателя 6, фотоприемного устройства 11 и обоих визирных каналов параллельны. Отрицательная линза 8 и объектив 1а образуют телескоп Галилея, обеспечивающий заданную угловую расходимость излучения лазера 7. С целью более компактного размещения узлов бинокля-дальномера лазер 7 может быть расположен над наклонным зеркалом 2а (фиг.2). При этом его оптическая ось направлена в противоположную от объектива сторону. С помощью обратного отражателя (призмы 13) оптическая ось лазера совмещена с осью телескопа Галилея, образованного компонентами 8 и 1а. Для повышения эффективности спектроделительных покрытий, нанесенных на наклонные зеркала, первое из зеркал может быть нанесено на плоскопараллельную пластинку (фиг.3). Второе наклонное зеркало может быть выполнено на пластинке или в спектроделительном кубике. На фиг.3 также показан оптический компонент 14, образующий с объективом 1б телеобъектив, позволяющий обеспечить минимальное угловое поле зрения приемного канала дальномера при минимальных габаритах бинокля. Для отведения части зондирующего излучения в приемный канал с целью регистрации момента излучения введены отражающие поверхности 15, 16 (Фиг.4), а также объектив 17. Если дисплей 9 экранирует поле зрения визирного канала, то между вторым наклонным зеркалом 3 и объективом 10 может быть введен дефлектор 18, позволяющий вывести ветвь с элементами 9, 10 за пределы апертурного угла объектива 1.
Устройство работает следующим образом.
Оператор, наблюдая местность в бинокулярный визир бинокля дальномера, обнаруживает и опознает цель, наводит на нее прицельную марку сетки 12 и включает лазер 7. Импульсное излучение лазера отрицательной линзой 8 преобразуется в расходящийся пучок лучей, который через прозрачное для него первое наклонное зеркало 2а левого визирного канала поступает на объектив 1а, формирующий коллимированный выходной пучок зондирующего излучения дальномера, параллельный оси визирования, определяемой прицельной маркой. Отраженное целью лазерное излучение принимается объективом 1б и направляется им через первое наклонное зеркало 2б правого визирного канала, также прозрачное для лазерного излучения, на чувствительную площадку фотоприемного устройства 11. По задержке t между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного целью сигнала определяют дальность R до цели в соответствии с известным соотношением R=ct/2, где с - скорость света. Результат вычисления дальности, а также дополнительная информация о целевой обстановке и состоянии аппаратуры отображается на дисплее 9, изображение которого с помощью микрообъектива 10 через второе наклонное зеркало 3а, прозрачное для длины волны излучения дисплея, и через оборачивающую систему 4а проецируется в фокальную плоскость окуляра 5а. Предлагаемая схема обеспечивает возможность введения в правый визирный канал второго дисплея с микрообъективом, проецирующим второй дисплей в фокальную плоскость правого окуляра. Это в отдельных случаях бывает целесообразно, например, для формирования подвижной светящейся прицельной марки, необходимой для использования бинокля-дальномера в качестве прицела, в этом случае автоматическое управление положением марки в зависимости от измеренной дальности и других параметров позволяет вводить при стрельбе необходимые углы возвышения и упреждения. Формирование сигнала «Старт» в момент излучения зондирующего импульса можно осуществлять путем подачи части зондирующего излучения на чувствительную площадку фотоприемного устройства. Предлагаемая схема позволяет это делать путем размещения рядом со вторыми наклонными зеркалами 2а и 2б встречно ориентированных отражателей 15 и 16. Излучение лазера 7 отражается зеркалом 2а, отражателем 15, затем последовательно проходит через зеркала 2а, 3а, 3б и 2б, отражается от отражателя 16 и зеркала 2б, после чего поступает на фотоприемное устройство 11. Для увеличения энергии этого излучения можно ввести собирающий объектив 17.
Введение двух наклонных зеркал в каждом визирном канале обеспечивает возможность компактного конструктивного встраивания в конструкцию бинокля каналов дальномера и дисплея (дисплеев). Разнесение оптических осей объективов относительно окулярных осей позволяет независимо и оптимально выбирать расстояния между этими осями при конструировании. Расстояние между осями объективов может быть выбрано таким, чтобы между ними разместились электронные блоки дальномера и дополнительные устройства, такие как электронный компас и приемник спутниковой навигации. Расстояние между окулярами может быть установлено в соответствии со средним значением межзрачкового расстояния (65 мм); при этом регулировка межокулярного расстояния может осуществляться только одним окуляром, а не обоими, что упрощает бинокль и повышает его герметичность. Такое построение также обеспечивает независимое совмещение с визирными каналами каналов дальномера и дисплея, что позволяет упростить спектроделительные покрытия, повысить их светопропускание и улучшить цветопередачу визира. При использовании в качестве наклонных зеркал плоскопараллельных пластин дополнительно улучшаются оптические характеристики спектроделительных покрытий. Предлагаемая схема обеспечивает простое встраивание канала ночного видения. Данное построение бинокля-дальномера обеспечивает возможность сокращения вертикального габарита прибора, а также возможность размещения лазера над первым зеркалом, что уменьшает продольный габарит. Этому же способствуют обеспечиваемые предлагаемым решением возможность введения дополнительного оптического компонента перед чувствительной площадкой приемника и возможность наклона ветви дисплея с помощью дефлектора. Упрощается также схема выделения зондирующего импульса.
Таким образом, предлагаемый бинокль-дальномер имеет следующие преимущества по сравнению с известными:
- Обеспечение совмещения оптических каналов лазерного дальномера с оптическими каналами бинокулярного визира при условии компактного размещения лазерного излучателя (в частности, на базе твердотельного лазера) и фотоприемного устройства со своими блоками питания и управления. При этом световые диаметры объективов могут быть увеличены.
- Обеспечение возможности регулировки межзрачкового расстояния окуляров независимо от положения канала излучателя и приемного канала дальномера.
- Обеспечение встраивания в конструкцию бинокля-дальномера дополнительных устройств - электронного компаса и др.
- Повышение светопропускания оптических каналов прибора.
Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: повышение дальности действия лазерного бинокля-дальномера при одновременном сокращении его габаритов. Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний экспериментального образца. После корректировки документации по результатам испытаний лазерный бинокль-дальномер будет запущен в производство.
Источники информации
1. Патент США №6862084 от 1 марта 2005 г., кл. США 356/5.01.
2. Патент США №7271954 от 18 сентября 2007 г., кл. США 359/407 - прототип.
3. Патент США №6903811 от 7 июня 2005 г., кл. США 356/5.01.
4. Fotona Metrix Las. Bin. Jane's Electro-Optic Systems. 9-th Ed. 2003-2004, p.346.
5. Vectronix Vector 1500. Jane's Electro-Optic Systems. Ninth Edition 2003-2004, p.359.
6. Vectronix Vector IV. Jane's Electro-Optic Systems. Ninth Edition 2003-2004, p.359.