ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРИБОР С ЕДИНОЙ ВИЗИРНОЙ ОСЬЮ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ В ДНЕВНЫХ И НОЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Изобретение относится к области оптического и оптико-электронного приборостроения, а именно к приборам наблюдения удаленных объектов в дневных и ночных условиях и может быть использовано для решения задач обнаружения, опознавания и прицеливания.
Известны двухканальные приборы для наблюдения в дневных и ночных условиях [Волков В.Г. Технология прицелов «день-ночь»// Специальная техника. - №4. - 2001. - с.2-7], содержащие два канала, имеющих общие оптические элементы, один из которых предназначен для наблюдения при дневной освещенности, другой - для наблюдения при пониженной и ночной освещенностях. Приборы различаются по своим конструктивным схемам и содержат окуляр (окуляры) для наблюдения изображений объектов.
Основным недостатком этих приборов является привязанность наблюдателя к выходному зрачку системы, что ограничивает возможности их применения, повышает вероятность поражения наблюдателя противником при применении таких приборов в боевых условиях.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является двухканальный прибор с единой визирной осью для наблюдения в дневных и ночных условиях, состоящий из корпуса, объектива и оптической системы формирования изображений объектов, общих для дневного и ночного каналов, электронно-оптического преобразователя (ЭОП), относящегося к ночному каналу, оптической системы, располагаемой по ходу лучей за объективом и относящейся к дневному каналу, и механической системы переключения каналов [Патент РФ №2158947].
Основным недостатком прототипа является привязанность наблюдателя к выходному зрачку системы, что ограничивает возможности его применения
как прицельного устройства, повышает вероятность поражения наблюдателя противником при применении таких приборов в боевых условиях. Кроме того, из-за наличия зеркал в системе переключения каналов невозможно использовать объектив с малой величиной заднего отрезка, а поскольку оптическая система, располагаемая по ходу лучей за объективом и относящаяся к дневному каналу, осуществляет оборачивание изображения, то в приборе может использоваться только ЭОП также обеспечивающий оборачивание изображения, что ограничивает возможности расширения элементной базы прибора и, как результат, ограничивает разрешающую способность прибора, дальность обнаружения и опознавания объектов, а также массогабаритные характеристики прибора.
Предложен двухканальный прибор с единой визирной осью для наблюдения в дневных и ночных условиях, в котором оптическая система формирования изображений объектов выполнена в виде проекционного объектива, телевизионного приемника излучения на основе приборов с зарядовой связью (телевизионного ПЗС-приемника), источника питания, блока электронных модулей, передатчика видеосигнала и конструктивно несвязанных с ними приемника видеосигнала и монитора, оптическая система, относящаяся к дневному каналу, выполнена в виде компенсационного блока, состоящего из склеенных между собой стеклянной плоскопараллельной пластинки и волоконно-оптической шайбы высокого разрешения или, во втором варианте исполнения, из одиночной стеклянной плоскопараллельной пластинки соответствующей толщины, при этом ЭОП и компенсационный блок размещены на подвижной каретке, а механическая система переключения каналов содержит механизм перемещения и фиксации каретки. Изображение объекта формируется на мониторе. В оптическую систему формирования изображений объектов дополнительно может быть введен окуляр, при этом приемник видеосигнала, монитор и окуляр крепятся на шлем - маске. Механическая система переключения каналов выполнена в виде направляющих, реечного механизма, шарика и фиксирующего стержня.
Предлагаемый двухканальный прибор с единой визирной осью для наблюдения в дневных и ночных условиях позволяет обеспечить более высокие технико-эксплуатационные характеристики: уменьшить вероятность поражения наблюдателя противником при применении прибора в боевых условиях за счет конструктивно несвязанной с прибором части оптической системы формирования изображений объектов, позволяет использовать объектив с малой величиной заднего отрезка, что дает возможность, в свою очередь, повысить его относительное отверстие и разрешающую способность. В приборе можно использовать ЭОП различных типов, дающих как прямое, так и перевернутое изображение, что расширяет возможности использования современных моделей ЭОП.Введение электронной обработки сигналов позволяет повысить контраст изображения. Выполнение компенсационного блока в виде плоскопараллельного блока или одиночной пластины позволяет отказаться от использования линзовых элементов, упростить оптическую схему. И, как результат, предлагаемое устройство позволяет повысить дальность обнаружения и опознавания объектов в сумерках и ночью и улучшить массогабаритные характеристики.
Более высокие технические характеристики предлагаемого прибора обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков:
- оптическая система формирования изображений объектов выполнена в виде проекционного объектива, телевизионного ПЗС-приемника, источника питания, блока электронных модулей, передатчика видеосигнала и конструктивно несвязанных с ними приемника видеосигнала и монитора;
- оптическая система, располагаемая по ходу лучей за объективом и относящаяся к дневному каналу, выполнена в виде компенсационного блока, состоящего из склеенных между собой стеклянной плоскопараллельной пластинки и волоконно-оптической шайбы высокого разрешения или, во втором варианте исполнения, из одиночной стеклянной плоскопараллельной пластинки соответствующей толщины, при этом ЭОП и компенсационный блок размещены на подвижной каретке;
- механическая система переключения каналов содержит механизм перемещения и фиксации каретки;
- в оптическую систему формирования изображений объектов дополнительно может быть введен окуляр, при этом приемник видеосигнала, монитор и окуляр крепятся на шлем-маске;
- механическая система переключения каналов выполнена в виде направляющих, реечного механизма, шарика и фиксирующего стержня.
Выполнение оптической системы формирования изображений объектов в виде проекционного объектива, телевизионного ПЗС-приемника, источника питания, блока электронных модулей, передатчика видеосигнала и конструктивно несвязанных с ними приемника видеосигнала и монитора позволяет конструктивно разнести приемную часть прибора и часть оптической системы формирования изображений объектов, что обеспечивает уменьшение вероятности поражения наблюдателя противником при применении прибора в боевых условиях. Вместе с тем введение проекционного объектива, телевизионного ПЗС-приемника, блока электронных модулей позволяет повысить контраст изображения объектов, способствуя тем самым повышению дальности обнаружения и опознавания объектов в сумерках.
Выполнение оптической системы, располагаемой по ходу лучей за объективом и относящейся к дневному каналу, в виде компенсационного блока, состоящего из склеенных между собой стеклянных плоскопараллельных пластинок и волоконно-оптической шайбы высокого разрешения или, во втором варианте исполнения, из одиночной стеклянной плоскопараллельной пластинки соответствующей толщины, и размещение ЭОП и компенсационного блока на подвижной каретке позволяет упростить оптическую систему смены каналов, при этом отсутствуют ограничения на использование в приборе объектива с малым задним отрезком. Выполнение компенсационного блока выше описанным образом позволяет применить в приборе ЭОП поколений 2, 2+ или 3, дающих на экране как прямое, так и перевернутое относительно фотокатода изображение. Компенсационный блок обеспечивает смещение
изображения вдоль оптической оси, необходимое для согласования с предметной плоскостью проекционной системы. Введение в компенсационный блок волоконно-оптической шайбы высокого разрешения позволяет обеспечить согласование зрачков объектива и проекционной системы, что обеспечивает отсутствие виньетирования. Последнее обстоятельство также способствует увеличению дальности наблюдения в условиях сумерек. Выполнение компенсационного блока в виде стеклянной плоскопараллельной пластины соответствующей толщины практически не ограничивает разрешающую способность дневного канала и при допустимых значениях коэффициента виньетирования упрощает конструктивное выполнение компенсационного блока. В целом, выполнение компенсационного блока вышеописанным образом не требует дополнительных силовых оптических элементов, что способствует улучшению массогабаритных характеристик предлагаемого устройства.
Выполнение механической системы переключения каналов в виде механизма перемещения и фиксации каретки позволяет обеспечить надежное сохранение соосности визирных осей каналов при эксплуатации.
Выполнение механической системы переключения каналов в виде направляющих, реечного механизма, шарика и фиксирующего стержня позволяет обеспечить простоту, надежность и технологичность конструкции механической системы переключения каналов.
Наблюдение изображений объектов на экране монитора через окуляр позволяет создать компактную окулярную часть прибора, состоящую из приемника видеосигнала, монитора и окуляра, и разместить ее, например, на шлем-маске, обеспечив независимое положение головы наблюдателя, что уменьшает вероятность поражения наблюдателя противником.
Наблюдение изображений объектов может осуществляться также и непосредственно на экране монитора. При этом монитор может быть расположен на корпусе прибора, и видеосигнал на него подаваться непосредственно из блока электронных модулей.
Монитор совместно с приемником видеосигнала может располагаться
и вне прибора, что позволяет обеспечить дистанционное расположение приемного блока прибора относительно наблюдателя, что также уменьшает вероятность поражения наблюдателя противником и расширяет функциональное применение предлагаемого устройства.
Кроме того, в случае использования прибора в качестве прицела в блок электронных модулей может быть введен электронный модуль цифровой системы формирования прицельного знака на экране монитора, что избавляет от необходимости установки механических устройств введения углов прицеливания и поправок, что также способствует улучшению массогабаритных характеристик предлагаемого прибора в целом.
Авторам не известны двухканальные приборы с единой визирной осью для наблюдения в дневных и ночных условиях, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемый прибор от прототипа, поэтому данная система обладает существенными отличиями.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
Фиг.1а - Принципиальная блок-схема для наблюдения в ночных условиях;
Фиг.1б - Принципиальная блок-схема для наблюдения в дневных условиях;
Фиг.2 - Общий вид прибора;
Фиг.3 - Разрез общего вида прибора;
Фиг.4 - Система переключения каналов;
Фиг.5 - Модули телевизионного ПЗС-приемника;
Фиг.6 - Модуль служебной информации;
Фиг.7 - Модуль выходного изображения.
На фиг.1а и 1б изображена принципиальная блок-схема двухканального прибора с единой визирной осью для наблюдения соответственно в ночных и дневных условиях. Прибор состоит из объектива 1, ЭОП 2, компенсационного блока 3, подвижной каретки 4, проекционной системы 5, телевизионного ПЗС-приемника 6, механизма перемещения и фиксации каретки 7, блока электронных модулей 8, передатчика видеосигнала 9, источника питания
10, приемника видеосигнала 11, монитора 12. В случае крепления последнего совместно с приемником видеосигнала на шлем-маске в состав прибора входит также окуляр 13.
Компенсационный блок состоит из стеклянных плоскопараллельных пластинок 14 и волоконно-оптической шайбы 15. Во втором варианте исполнения компенсационный блок состоит из одиночной плоскопараллельной пластины 16. Толщины элементов компенсационного блока выполняются таким образом, что при установке последнего вместо ЭОП в ход лучей после объектива не происходит смещения плоскости выходного изображения (построенного объективом 1 совместно с компенсационным блоком 3) относительно предметной плоскости проекционной системы 5.
Объектив формирует изображение удаленных объектов в плоскости изображений, с которой совмещается в зависимости от выбранного режима работы либо фотокатод ЭОП, либо компенсационный блок.
При работе прибора в ночном режиме (фиг.1а) каретка 4 располагается таким образом, что ЭОП встраивается в промежуток между объективом 1 и проекционной системой 5.
При переводе прибора в режим дневного наблюдения (фиг.1б) ЭОП 2 замещается компенсационным блоком 3 путем передвижения каретки 4 с помощью механизма перемещения 7 в другое положение с последующей фиксацией.
Изображение с экрана ЭОП или выходной поверхности компенсационного блока, замещающего его, с помощью проекционной системы 5 проецируется в плоскость чувствительных элементов телевизионного ПЗС-приемника 6. Сигналы с телевизионного ПЗС-приемника 6 обрабатываются блоком электронных модулей 8 и через передатчик видеосигнала 9 передаются на приемник видеосигнала 11, а затем на монитор 12, изображение на котором рассматривается через окуляр 13 глазами наблюдателя. В этом случае крепление приемника видеосигнала и монитора осуществляется, например, на шлем-маске.
Кроме того, может быть вариант исполнения, в котором имеется монитор 12, изображение на котором формируется непосредственно видеосигналами из блока электронных модулей 8 (без использования радиоканала), и рассматривается непосредственно глазами наблюдателя.
Кроме того, может быть вариант исполнения, в котором приемник видеосигнала 11 и монитор 12 располагаются на значительном расстоянии от передающей части прибора, и изображение на мониторе рассматривается также непосредственно глазами наблюдателя.
В конкретных примерах приборов могут быть реализованы как один, так и более вариантов исполнения системы формирования изображений объектов.
На фиг.2-7 приведен пример конкретного исполнения двухканального прибора с единой визирной осью для наблюдения в дневных и ночных условиях.
Прибор состоит из корпуса оптики 17 (фиг.2) и корпуса блока электронных модулей 8, жестко соединенных между собой винтами. В корпусе оптики расположены подвижная каретка 4 (фиг.4), содержащая компенсационный блок 3, ЭОП 2 и направляющую 18, рейка 19 (фиг.3), стакан 20 с проекционной системой 5 и втулкой 21, в которой закреплен телевизионный ПЗС-приемник 6. В корпус оптики 17 по резьбе устанавливаются объектив 1 (фиг.1а, б) и механизм перемещения и фиксации 7 в составе крышки 22 (фиг.3), стержня 23, шарика 24, рукоятки 25, жестко соединенной с шестерней 26. В корпусе блока электронных модулей 8 (фиг.2) размещены модуль формирования служебной информации 27 (фиг.6), модуль управления 28 (фиг.5), а также источник питания 10 (фиг.1а, 1б), передатчик видеосигнала 9 (фиг.2), патрон осушки 29 (фиг.5), разъемы соединительные 30 и 31 (фиг.2), зажим 32 для крепления прибора. По разъемным соединениям корпуса оптики и блока электронных модулей закрыты герметичными крышками 33 (фиг.2), 34 (фиг.3), 35 (фиг.6) и 36 (фиг.4).
При конструктивном размещении оптической системы формирования
изображений объектов на шлем-маске 37 (фиг.7) на ней крепятся приемник видеосигнала 11, монитор 12 и окуляр 13.
Последовательность выполнения операций при переходе с ночного на дневной режим наблюдения следующая: снять крышку 22 (фиг.3), вывернуть против часовой стрелки вверх до упора стержень 23, тем самым дав возможность шарику 24 свободно перемещаться, и поворотом рукоятки 25, жестко соединенной с шестерней 26, зацепленной с рейкой 19, передвинуть каретку по направляющей 18 до упора в другое крайнее положение. Затем завернуть стержень 23, заперев шарик 24 во впадине каретки, тем самым жестко зафиксировав последнюю относительно направляющей 18.
В процессе работы прибора изображение с экрана ЭОП (режим «ночь») или выходной поверхности компенсационного блока, замещающего последний, (режим «день») трансформируется телевизионным ПЗС-приемником через передатчик видеосигнала 9 (фиг.2) на приемник видеосигнала 11 (фиг.7) и монитор 12. Изображение объектов на мониторе рассматривается наблюдателем в данном примере конкретного исполнения - через окуляр 13 (фиг.7), закрепленный совместно с приемником видеосигнала 11 и монитором 12 на шлем-маске 37. Питание на потребители прибора подается через разъем 30 (фиг.2). Прибор продублирован системой передачи информации от телевизионного ПЗС-приемника к монитору через разъем 31 в случае отказа работы радиоканала. Пространство замкнутого объема прибора поддерживается в обезвоженном состоянии патроном осушки 29 (фиг.5).
Предлагаемый прибор может быть использован в оптико-электронных системах наблюдения удаленных объектов в дневных и ночных условиях для решения задач обнаружения, опознавания и прицеливания.
Литература
1. Волков В.Г. Технология прицелов «день-ночь»// Специальная техника. - №4. - 2001. - с.2-7.
2. Патент РФ №2158947.