ПРИБОР НАБЛЮДЕНИЯ-ПРИЦЕЛ СО ВСТРОЕННЫМ ЛАЗЕРНЫМ ДАЛЬНОМЕРОМ
SURVEILLANCE DEVICE-SIGHTS WITH BUILT-IN LASER RANGE FINDER

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено в системе управления огнем бронетанковой техники.
Известен прибор наблюдения-прицел ТКН-4ГА для работы на объектах бронетанковой техники днем и ночью по наземным и по воздушным объектам в двух спектральных диапазонах - в видимом от 0,48 до 0,65 мкм и в видимом и ИК диапазонах от 0,40 до 0,90 мкм (А.В. Медведев, А.В. Гринкевич, С.Н. Князева. Практические достижения в технике ночного видения. ОАО «Ростовский оптико-механический завод», ОАО «Ярославский полиграфкомбинат», 2009 г., стр. 835, рис. 11.2.1.4), содержащий малогабаритную призменную головную часть, обеспечивающую углы наведения линии визирования от минус 10 до +70° и два вертикально расположенных канала: однократный оптический канал и многократный оптико-электронный канал, переключаемый с многократного оптического на ночной многократный канал с электронно-оптическим преобразователем. В поле зрения многократного канала расположена дальномерная шкала для измерения дальности методом «с базой на цели». Используемый в приборе наблюдения-прицеле ТКН-4ГА метод измерения дальности по дальномерной шкале обеспечивает ошибку измерения, повышающуюся с увеличением дистанции до цели и составляющую ~10% от измеряемой дистанции.
Недостатками прибора наблюдения-прицела ТКН-4ГА являются сложность исполнения раздельных оптических каналов - однократного и многократного, а также малая точность измерения дальности до цели.
Наиболее близким по технической сущности является прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером (патент RU 2526230 С1, опубл. 20.08.2014), содержащий однократный дневной канал и многократный дневно-ночной канал с переключением визуального наблюдения на электронно-оптический преобразователь, а также канал лазерного дальномера, в котором приемная ветвь совмещена с дневным однократным каналом, а передающая ветвь выполнена отдельной.
Дневной однократный канал включает в себя защитные стекла, призму-куб, объектив, состоящий из трех компонентов, первый из которых склеенная линза, состоящая из отрицательной выпукло-вогнутой и двояковыпуклой линз, второй - двояковыпуклая линза, третий - двояковогнутая линза, коллектив, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, наклонную плоскопараллельную дихроическую пластину, двухкомпонентную оборачивающую систему, первый компонент которой содержит отрицательную выпукло-вогнутую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, и склеенную линзу, состоящую из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, второй компонент оборачивающей системы состоит из двух линз-склеек, первая из которых содержит отрицательную выпукло-вогнутую линзу, обращенную выпуклостью к предмету, и двояковыпуклую линзу, вторая - двояковыпуклую линзу и отрицательную выпукло-вогнутую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, прямоугольную призму, плоскопараллельную пластину, и окуляр, состоящий из четырех компонентов, первый из которых отрицательная плосковогнутая линза, обращенная вогнутостью к предмету, на плоской стороне которой нанесены прицельные знаки, второй - склеенная линза, содержащая по ходу лучей двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, третий компонент - склеенная линза, содержащая по ходу луча двояковыпуклую линзу и отрицательную выпукло-вогнутую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, четвертый компонент - двояковыпуклая линза.
Оптический тракт приемного устройства включает объектив и коллектив однократного канала, дихроическую пластину, установленную между коллективом и оборачивающей системой однократного канала, пропускающую видимый спектральный диапазон и отражающую длину волны 1,54 мкм, согласующую оптическую систему, состоящую из трех компонентов, первый из которых двояковыпуклая линза, второй - положительная выпукло-вогнутая линза, обращенная выпуклостью к предмету, третий - отрицательная выпукло-вогнутая линза, обращенная вогнутостью к предмету, и фотоприемное устройство дальномера.
Недостатками этого устройства являются сложность исполнения раздельных дневных однократного и многократного каналов с переключением в многократном канале на электронно-оптический преобразователь для работы ночью, и необходимость в активной подсветке при недостаточной освещенности на местности. Использование визуального многократного канала с переключением его на режим работы с электронно-оптическим преобразователем затрудняет встраивание в прибор тепловизионного тракта.
Задачей настоящего изобретения является упрощение оптических каналов путем объединением двух оптических каналов - однократного и многократного - в один с возможностью переключения в нем с однократного увеличения на многократное, а также встраивание во второй канал тепловизионного тракта, обеспечивающего ночное наблюдение при недостаточной внешней освещенности без применения активной подсветки, с сохранением качества оптического изображения единого однократно-многократного канала и возможности размещения фотоприемного устройства дальномера в оптической системе объединенного дневного канала.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в приборе наблюдения-прицеле со встроенным лазерным дальномером, содержащем головную часть, состоящую из защитных стекол и призмы-куба, а также два вертикально расположенных канала: оптический и оптико-электронный, при этом оптический канал содержит объектив, состоящий из трех компонентов, второй из которых - двояковыпуклая линза, коллектив, выполненный в виде двояковыпуклой линзы, двухкомпонентную оборачивающую систему, первый компонент которой содержит одиночную линзу и склейку из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, а второй компонент содержит две линзы, вторая из которых - склеенная линза, прямоугольную призму, плоскопараллельную пластину, окуляр, первый компонент которого - одиночная линза, второй компонент является склеенной линзой из отрицательной и положительной линз, третий компонент - склейка из двояковыпуклой линзы и отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной вогнутостью к предмету, и согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера, в отличие от известного, первый компонент объектива выполнен в виде двояковыпуклой линзы, третий компонент объектива выполнен в виде склейки из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночная линза первого компонента оборачивающей системы выполнена в виде двояковогнутой линзы, первая линза второго компонента оборачивающей системы выполнена в виде одиночной двояковыпуклой линзы, вторая склеенная линза второго компонента оборачивающей системы состоит по ходу луча из отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, окуляр выполнен из трех компонентов, первый из которых является положительной выпукло-вогнутой линзой, обращенной выпуклостью к предмету, отрицательная линза в склейке второго компонента окуляра выполнена в виде выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, причем между объективом и коллективом установлена вторая призма-куб, на склеенных поверхностях которой нанесено дихроическое покрытие, согласующая оптическая система фотоприемного устройства дальномера выполнена в виде одиночной плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, между плоскопараллельной пластинкой и окуляром установлены подвижная и неподвижная прицельные сетки, при этом для обеспечения смены увеличения первый и второй компоненты оборачивающей системы выполнены перемещающимися вдоль оптической оси в два крайних положения, причем величины осевых перемещений компонентов связаны следующим соотношением:
2k-ob
1k-ob
Δd=(0,1-0,9)⋅Δd,
1k-ob
где Δd - величина осевого перемещения первого компонента оборачивающей системы;
2k-ob
Δd - величина осевого перемещения второго компонента оборачивающей системы,
а оптико-электронный канал содержит головное зеркало, тепловизионный объектив, тепловизионное фотоприемное устройство, микродисплей и окуляр.
Такой прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером обеспечивает упрощение оптических каналов путем объединения однократного и многократного каналов в один с возможностью переключения в нем с однократного на многократное увеличение осевыми подвижками компонентов оборачивающей системы, что позволяет использовать второй канал для размещения тепловизионного тракта, обеспечивающего ночное наблюдение при недостаточной внешней освещенности без применения активной подсветки, а также обеспечивает качество оптического изображения единого однократно-многократного канала и возможность размещения фотоприемного устройства дальномера в оптической системе объединенного дневного канала.
Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в приборе наблюдения-прицеле со встроенным лазерным дальномером, в отличие от известного, одиночная линза первого компонента оборачивающей системы оптического канала выполнена в виде отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, а окуляр содержит два компонента, первый компонент которого выполнен в виде склеенной линзы из отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы, второй компонент окуляра выполнен в виде склеенной линзы, состоящей по ходу луча из двояковыпуклой линзы и отрицательной выпукло-вогнутой линзы, обращенной вогнутостью к предмету.
Такое исполнение оптического канала прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером позволяет уменьшить габаритный размер при сохранении перископичности прибора, а также уменьшить количество оптических деталей оптического канала и улучшить качество оптического изображения при однократном увеличении. Вынос выходного зрачка относительно вертикальной оптической оси прибора в этом варианте возможно уменьшить на ~35 мм (со 196,9 мм в первом до 164,9 мм во втором варианте), что расширяет возможности применения на разных типах объектов.
Схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером по варианту 1 показана на фигурах 1 и 2.
Прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером содержит защитные стекла 1 и 2; общую входную головную призму-куб 3; объектив, состоящий из 3 компонентов, первые два из которых являются двояковыпуклыми линзами 4, 5, а третий выполнен в виде склейки из двояковогнутой линзы 6 и двояковыпуклой линзы 7; вторую призму-куб 8; согласующую линзу 9; фотоприемное устройство дальномера 10; коллектив из двояковыпуклой линзы 11; первый компонент оборачивающей системы, включающий в себя двояковогнутую линзу 12 и линзу-склейку, состоящую из двояковогнутой линзы 13 и двояковыпуклой линзы 14; второй компонент оборачивающей системы, включающий в себя двояковыпуклую линзу 15 и линзу-склейку, состоящую из выпукло-вогнутой линзы 16 и двояковыпуклой линзы 17; прямоугольную призму 18; светофильтр 19; подвижную и неподвижную сетки 20 и окуляр, состоящий из выпукло-вогнутой линзы 21 и двух склеенных компонентов, каждый из которых состоит из выпукло-вогнутой и двояковыпуклой линз: 22, 23 - для первой склейки и 25, 24 - для второй склейки.
Конструктивные параметры прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером приведены в таблице 1.
На фигуре 1 схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером показана при положении компонентов оборачивающей системы для однократного увеличения. Схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером при положении компонентов оборачивающей системы для многократного увеличения показана на фигуре 2.
Технические параметры прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером приведены в таблице 2.
Схема прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером по варианту 2 с выпукло-вогнутой линзой 26 в первом компоненте оборачивающей системы, двухкомпонентным окуляром, в котором каждый из компонентов является склейкой из выпукло-вогнутой и двояковыпуклой линз: 22, 23 - для первого компонента и 25, 24 - для второго компонента, а также с уменьшенным выносом выходного зрачка относительно вертикальной оптической оси дневного канала показана на фигуре 3.
Конструктивные параметры прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером по варианту 2 приведены в таблице 3.
Технические параметры исполнения наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером по варианту 2 приведены в таблице 4.
Принцип действия прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером заключается в следующем.
Излучение от предмета проходит через защитные стекла 1, 2 и призму-куб 3. Объектив 4, 5, 6 и 7 оптического канала строит перевернутое изображение предмета и одновременно является объективом оптического тракта приемного устройства лазерного дальномера, в котором отраженное от предмета лазерное излучение с длиной волны 1,54 мкм, отражается от дихроической поверхности склейки на второй призме-кубе 8 и фокусируется положительной линзой 9 на фотоприемном устройстве дальномера 10. Коллективная линза 11 уменьшает габаритные размеры последующих оптических компонентов. Первый компонент оборачивающей системы 12 (26), 13 и 14 совместно со вторым компонентом 15, 16 и 17 осуществляют оборачивание изображения и перенос его в фокальную плоскость окуляра 21, 22, 23, 24 и 25 (или 22, 23, 24, 25 по варианту 2), в которой установлены подвижная и неподвижная сетки 20 с нанесенными на них прицельными знаками и шкалами. Прямоугольная призма 18 формирует перископичность оптического канала, а светофильтр 19 осуществляет защиту от остаточного лазерного излучения. Первый 12 (26), 13 и 14 и второй 15, 16 и 17 компоненты оборачивающей системы выполнены подвижными вдоль оптической оси, перемещающимися в два крайних положения, показанные на фиг. 1 и фиг. 2 соответственно, за счет чего обеспечивается переключение оптического канала с однократного увеличения на многократное, при этом выполняется следующее соотношение:
1k-ob
где Δd - величина осевого перемещения первого компонента оборачивающей системы;
2k-ob
Δd - величина осевого перемещения второго компонента оборачивающей системы.
Такой оптический канал прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером позволяет исключить из второго оптико-электронного канала многократную оптическую ветвь видимого диапазона с сохранением возможности размещения в нем фотоприемного устройства дальномера, что обеспечивает установку параллельно оптическому каналу головного зеркала, тепловизионного объектива, тепловизионного фотоприемного устройства вместо электронно-оптического преобразователя и микродисплея с окуляром. Защитные стекла при этом выполняются из материала, прозрачного для видимого и теплового диапазонов, например из ZnS или ZnSe и обеспечивается возможность ночного наблюдения в тепловой части спектра независимо от наличия внешней освещенности и без применения активной подсветки.
Качество оптического изображения оценивается с учетом возможностей глаза (Н.П. Заказнов, С.И. Кирюшин, В.Н. Кузичев. Теория оптических систем: Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов, - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 448 с.: стр. 344.) и для биноклей, геодезических инструментов допускается остаточная угловая сферическая аберрация 1…2', а с учетом хроматизма - 2…3'.
Для прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером по варианту 1 при перемещении компонентов оборачивающей системы в положение, соответствующее увеличению один крат, остаточная угловая сферическая аберрация по среднеквадратичному отклонению в центре поля зрения составляет ~1,5', а при перемещении компонентов оборачивающей системы в положение, соответствующее увеличению 8 крат - ~1,3'.
Для прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером по варианту 2 при перемещении компонентов оборачивающей системы в положение, соответствующее увеличению один крат, остаточная угловая сферическая аберрация по среднеквадратичному отклонению в центре поля зрения имеет меньшую величину и составляет ~1,2'.
Как видно из расчетов, прибор наблюдения-прицел со встроенным лазерным дальномером позволяет объединить два канала - однократный и многократный каналы в один с возможностью переключения в нем с однократного увеличения на многократное, встроить во второй канал тепловизионный тракт, обеспечивающий ночное наблюдение при недостаточной внешней освещенности без применения активной подсветки, с сохранением качества оптического изображения единого однократно-многократного канала и возможности размещения фотоприемного устройства дальномера в оптической системе объединенного дневного канала, а также, при необходимости, обеспечить уменьшение габаритов прибора за счет уменьшения выноса выходного зрачка относительно вертикальной оси канала, что расширяет возможности применения прибора на разных типах объектов.