ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ПРИЦЕЛ С ЛАЗЕРНЫМ ОСВЕТИТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, более конкретно - к устройствам для прицеливания, включающим лазерные осветители, и может быть использована в дистанционно управляемых прицельных комплексах.
Известен телевизионный прицел с лазерным осветителем [1], содержащий визирный канал, включающий первый объектив и матричное фотоприемное устройство, чувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости первого объектива, лазерный осветитель, включающий установленные последовательно и оптически связанные лазерный излучатель и оптическую проекционную систему, систему выверки каналов, включающую отражательную призму типа БкР-180, установленную с возможностью оптического сопряжения ее входной грани с выходным зрачком лазерного осветителя, а выходной грани - с входным зрачком визирного канала, а также электронную систему управления, которая имеет первый вход для подключения к устройству управления прицелом, второй вход, подключенный к выходу матричного фотоприемного устройства, первый выход, подключенный к лазерному осветителю, и второй выход для подключения к устройству отображения, в качестве которого обычно используют монитор. Оптическая ось лазерного осветителя параллельна оси визирного канала. Достоинством данного телевизионного прицела является возможность дистанционной выверки лазерного осветителя относительно оси визирного канала по сигналам с устройства управления прицелом. Однако, этот прицел не позволяет осуществить выверку каналов при его включении без участия оператора, так как не обеспечивает возможности выработать управляющие команды для компенсации имеющейся непараллельности каналов, что снижает точность и надежность работы прицела и требует время на его подготовку к работе.
Задачей полезной модели является уменьшение времени подготовки прицела к работе, повышение точности выверки и надежности его работы за счет автоматизации процесса выверки каналов при включении.
Для решения этой задачи в телевизионный прицел с лазерным осветителем, содержащий визирный канал, включающий первый объектив и матричное фотоприемное устройство, чувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости первого объектива, лазерный осветитель, оптическая ось которого параллельна оси визирного канала, включающий установленные последовательно и оптически связанные лазерный излучатель и оптическую проекционную систему, систему выверки каналов, включающую отражательную призму типа БкР-180, установленную с возможностью оптического сопряжения ее входной грани с выходным зрачком лазерного осветителя, а выходной грани - с входным зрачком визирного канала, а также электронную систему управления, которая имеет первый вход для подключения к устройству управления прицелом, второй вход, подключенный к выходу матричного фотоприемного устройства, первый выход, подключенный к лазерному осветителю, и второй выход для подключения к устройству отображения, в отличие от прототипа дополнительно введены оптический компенсатор, расположенный на выходе лазерного осветителя и имеющий первый и второй подвижные компоненты, кинематически связанные с первым и вторым электроприводами соответственно, электронная система управления выполнена с возможностью выделения координат выверочного пятна и формирования управляющего воздействия на первый и второй электроприводы, и включает, по меньшей мере, одну программируемую логическую интегральную схему или микропроцессор, при этом имеет третий и четвертый выходы, подключенные соответственно к первому и второму электроприводам.
Оптический компенсатор может быть выполнен в виде последовательно установленных и оптически связанных положительной и отрицательной линз, установленных с возможностью перемещения в двух взаимно ортогональных направлениях.
В телевизионный прицел с лазерным осветителем может быть введен коллиматор, включающий оптически связанные второй объектив, диафрагму и осветитель диафрагмы, оптически связанный с лазерным излучателем с помощью спектроделителя, расположенного на оси лазерного осветителя между лазерным излучателем и оптической проекционной системой под углом к ней, причем область спектра излучения осветителя диафрагмы находится в пределах области спектральной чувствительности матричного фотоприемного устройства, а электронная система наблюдения при этом имеет пятый выход, подключенный к осветителю диафрагмы коллиматора. Такой коллиматор в процессе выверки каналов выполняет функцию лазерного осветителя и используется вместо него для увеличения ресурса работы лазера лазерного осветителя и повышения надежности работы прицела.
Введение в телевизионный прицел с лазерным осветителем оптического компенсатора, расположенного на выходе лазерного осветителя и имеющего первый и второй подвижные компоненты, кинематически связанные с первым и вторым электроприводами соответственно, входы которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходам электронной системы управления, которая выполнена с возможностью выделения координат выверочного пятна и формирования управляющего воздействия на первый и второй электроприводы, и включает, по меньшей мере, одну программируемую логическую интегральную схему или микропроцессор, при этом имеет третий и четвертый выходы, подключенные соответственно к первому и второму электроприводам, обеспечивает уменьшение времени подготовки прицела к работе и повышение надежности его работы за счет автоматической выверки лазерного осветителя относительно визирного канала телевизионного прицела. При этом в процессе выверки каналов, выполняемой автоматически при каждом включении прицела, электронная система независимо от оператора определяет величину непараллельности осей каналов и вырабатывает команды, которые передаются на первый и второй электроприводы, перемещающие первый и второй подвижные компоненты оптического компенсатора соответственно таким образом, чтобы непараллельность каналов оказалась в пределах допустимого значения.
Введение в телевизионный прицел с лазерным осветителем коллиматора, включающего оптически связанные второй объектив, диафрагму и осветитель диафрагмы, оптически связанный с лазерным излучателем с помощью спектроделителя, расположенного на оси лазерного осветителя между лазерным излучателем и оптической проекционной системой под углом к ней, причем область спектра излучения осветителя диафрагмы находится в пределах области спектральной чувствительности матричного фотоприемного устройства, а электронная система наблюдения имеет пятый выход, подключенный к осветителю диафрагмы коллиматора, также обеспечивает уменьшение времени подготовки прицела к работе и повышение надежности его работы за счет автоматической выверки лазерного осветителя относительно визирного канала телевизионного прицела. Однако, в этом случае в процессе выверки используется коллиматор, оптически связанный с лазерным излучателем как его имитатор, что позволяет экономить ресурс лазерного излучателя и также повышает надежность работы прицела.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема телевизионного прицела с лазерным осветителем, на фиг. 2 - его функциональная схема.
Телевизионный прицел с лазерным осветителем включает (фиг. 1) визирный канал 1, содержащий первый объектив 2 и матричное фото приемное устройство 3, чувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости первого объектива 2, лазерный осветитель 4, оптическая ось которого параллельна оси визирного канала, включающий установленные последовательно и оптически связанные лазерный излучатель 5 и оптическую проекционную систему 6, включающую в данном случае оптически связанные отрицательную линзу 7 и положительную линзу 8, образующие оптическую систему Галилея, систему выверки каналов, включающую отражательную призму 9 типа БкР-180, установленную с возможностью оптического сопряжения ее входной грани с выходным зрачком лазерного осветителя 4, а выходной грани - с входным зрачком визирного канала 1, а также электронную систему управления 10. Лазерный осветитель 4 может включать (например, в случае несоответствия длины волны излучения лазерного излучателя области спектральной чувствительности матричного фотоприемного устройства) коллиматор 11, содержащий оптически связанные второй объектив 12, диафрагму 13 и осветитель 14 диафрагмы 13. Коллиматор 11 оптически связан с лазерным излучателем 5 с помощью спектроделителя 15, расположенного на оси лазерного осветителя 4 между лазерным излучателем 5 и оптической проекционной системой 6 под углом к ней, причем область спектра излучения осветителя 14 диафрагмы 13 находится в пределах области спектральной чувствительности матричного фотоприемного устройства 3. На выходе лазерного осветителя 4 установлен оптический компенсатор 16, первый 17 и второй 18 подвижные компоненты которого - положительная и отрицательная линзы, образующие афокальную оптическую систему - кинематически связаны с первым 19 и вторым 20 электроприводами и установлены так, что могут перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Телевизионный прицел может включать также третий электропривод 21, кинематически связанный с отражательной призмой 9, и датчик положения 22 этой призмы. Указанные элементы в общем случае могут отсутствовать, если отражательная призма 9 перекрывает только часть световых зон лазерного осветителя 4 и визирного канала 1. В этом случае она установлена неподвижно.
Электронная система управления 10 выполнена на основе, по меньшей мере, одной программируемой логической интегральной схемы или микропроцессора, и включает блок 23 выделения координат выверочного пятна и блок 24 вычисления управляющего воздействия, которые могут быть реализованы в виде отдельных устройств или в виде программных модулей. Электронная система управления имеет первый вход для подключения к устройству 25 управления прицелом, второй вход, подключенный к выходу матричного фотоприемного устройства 3, первый выход, подключенный к лазерному излучателю 5 лазерного осветителя 4, второй выход для подключения к устройству отображения 26, третий и четвертый выходы, подключенные к первому 19 и второму 20 электроприводам оптического компенсатора 16, и может иметь пятый выход, подключенный к осветителю 14 диафрагмы 13, и шестой выход, подключенный к третьему электроприводу 21, а также третий вход, подключенный к выходу датчика положения 22 отражательной призмы 9.
Функциональная схема телевизионного прицела (фиг. 2) включает лазерный осветитель 5, матричное фотоприемное устройство 3, первый 19 и второй 20 электроприводы оптического компенсатора 16, и электронную систему управления 10, включающую контроллер 27, блок 28 управления лазерным осветителем, блок 29 обработки изображения, блок 23 выделения координат выверочного пятна, блок 24 вычисления управляющего воздействия и блок 30 управления электроприводами оптического компенсатора 16. На функциональной схеме показаны также устройство отображения 26, например, монитор, устройство 25 управления прицелом, коллиматор 11, используемый в отдельных случаях в качестве имитатора лазерного излучателя, третий электропривод 21 для перемещения отражательной призмы 9, а также датчик положения 22 отражательной призмы 9.
Телевизионный прицел с лазерным осветителем работает следующим образом.
Лучи света от объектов наблюдения проходят через объектив 2 визирного канала 1 и формируют в плоскости чувствительных элементов матричного фотоприемного устройства 3 изображение объектов, которое преобразуется в электрический сигнал, передающийся с выхода матричного фотоприемного устройства 3 в электронную систему управления 10, в которой обрабатывается и поступает далее вместе со сформированной прицельной маркой на устройство отображения 26. Излучение лазерного осветителя 4 в режиме работы с лазерным осветителем проходит через подвижные компоненты 17 и 18 оптического компенсатора и освещает наблюдаемые объекты. При этом ось лазерного осветителя 4 должна быть параллельна оси визирного канала 1. В этом случае центр пятна, сформированного лазерным осветителем 4 в плоскости наблюдения, будет расположен на оси визирного канала 1. Выполнение этого условия достигается осуществлением автоматической выверки каналов, например, при включении прицела.
При выполнении выверки каналов в оптической системе используется отражательная призма 9. В рассматриваемом случае отражательная призма вводится в ход лучей с помощью третьего электропривода 21. При этом лучи света от лазерного излучателя 5 или от коллиматора 11 (в случае его наличия) проходят оптическую проекционную систему 6, подвижные компоненты оптического компенсатора 17 и 18, отражаются от граней отражательной призмы 9 и попадают в визирный канал 1, объектив 2 которого формирует на чувствительной площадке матричного фотоприемного устройства 3 изображение светящегося пятна от лазерного излучателя 5 или изображение диафрагмы 13 коллиматора 11, выполняющие функции выверочного пятна.
Контроллер 27 по команде, принятой с устройства 25 управления прицелом, задает режим работы электронной системы управления 10. В режиме автоматической выверки на блок 28 управления лазерным осветителем подается команда включения лазерного излучателя 5 или коллиматора 11 (в случае его наличия), при этом лазерный осветитель 4 обеспечивает формирование выверочного пятна на чувствительной площадке матричного фотоприемного устройства 3.
Видеоизображение, принятое матричным фотоприемным устройством 3 (например, ПЗС или КМОП матрицей) принимается блоком 29 обработки изображения, который производит подготовку изображения для обработки в блоке 23 выделения координат выверочного пятна, а также для отображения на устройстве отображения 26. Блок 23 выделения координат выверочного пятна вычисляет координаты центра этого пятна. Определение координат центра выверочного пятна может производиться с использованием метода вычисления центра тяжести фигуры, оставшейся на изображении после удаления фона с использованием порога по яркости. Вычисленные координаты центра выверочного пятна передаются в блок 24 вычисления управляющего воздействия, который определяет ошибку рассогласования оптических каналов и вычисляет требуемую для компенсации ошибки скорость и направление движения первого 19 и второго 20 электроприводов оптического компенсатора. Вычисленная скорость и направление движения первого 19 и второго 20 электроприводов оптического компенсатора 16 передаются в контроллер 27, который в режиме автоматической выверки передает параметры движения в блок 30 управления электроприводами оптического компенсатора 16. Блок 30 управления электроприводами по команде с контроллера 27 формирует управляющее воздействие на первый 19 и второй 20 электроприводы оптического компенсатора 16, при этом обеспечивается смещение выверочного пятна в сторону уменьшения степени рассогласованности оптических каналов. Автоматическая выверка завершается, когда значение ошибки рассогласования оптических каналов, рассчитанное блоком 24 вычисления управляющего воздействия, достигает минимально допустимого значения. Выверка считается завершенной успешно, если полученная величина ошибки попадает в диапазон допустимых значений.
Электронная система управления 10 позволяет также проводить выверку в ручном режиме. При этом изображение выверочного пятна, формируемое при включении лазерного излучателя 5 и принятое матричным фотоприемным устройством 3, через блок 29 обработки изображения выводится на устройство отображения 26 (монитор, на котором оператор наблюдает относительное расположение прицельной марки и выверочного пятна), а команды с устройства 25 управления прицелом, полученные контроллером 27, обеспечивают перемещение выверочного пятна на устройстве отображения 26 с помощью первого 19 и второго 20 электроприводов оптического компенсатора 16 под управлением блока 30 управления электроприводами.
Электронная система управления 10 может быть выполнена на основе микропроцессора или программируемой логической интегральной схемы, например, Xilinx Spartan 6 XC6SLX45. Первый вход электронной системы управления 10 для подключения к устройству 25 управления прицелом и второй ее выход для подключения к устройству отображения 26 могут быть выполнены в одном цифровом интерфейсе, например, ETHERNET.
Для увеличения ресурса работы лазерного излучателя 5 лазерного осветителя 4 и повышения надежности работы прицела вместо лазерного излучателя 5 для формирования выверочного пятна может использоваться коллиматор 11, логика работы электронной системы управления 10 при этом не изменяется.
Если телевизионный прицел включает третий электропривод 21 для перемещения отражательной призмы, то при входе в режим выверки и выходе из него контроллер 27 через блок 30 управления электроприводами формирует управляющее воздействие на третий электропривод 21 для перевода отражающей призмы 9 в положения «введена» или «выведена» соответственно. Для определения текущего положения призмы может быть дополнительно введен датчик положения 22 отражательной призмы 9, сообщающий текущее положение отражательной призмы 9 в контроллер 27.
Третий электропривод 21 и датчик положения 22 отражательной призмы 9 могут отсутствовать в случае стационарной установки отражательной призмы 9 с частичным перекрытием световых пучков каналов.
Таким образом, данный телевизионный прицел с лазерным осветителем обеспечивает уменьшение времени подготовки прицела к работе, повышение точности выверки и надежности его работы за счет автоматизации процесса выверки каналов при включении.
Источники информации:
1. Прицел-прибор наведения переносного комплекса. BY 9858 U, F41G 7/26, опуб. 30.12.2013 (прототип).