Двухканальная оптическая система (варианты)

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДВУХКАНАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Калинин Анатолий Николаевич Корнейчик Василий Леонидович Кудряшов Александр Алексеевич Нифонтов Валерий Михайлович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) 1. Двухканальная оптическая система, содержащая визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей и окулярную часть, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей, клин, фокусирующую систему и фотоприемник, при этом объективная часть и призма с крышей являются общими для визирного канала и приемного канала лазерного излучения, клин склеен с отражающей гранью призмы с крышей, на одной из склеенных 6832 1 поверхностей нанесено спектроделительное покрытие с возможностью отражения рабочей области спектра визирного канала и пропускания длины волны лазерного излучения, отличающаяся тем, что призма с крышей выполнена в виде пентапризмы с крышей, фокусирующая система содержит два компонента, разделенных воздушным промежутком 12,причем размер воздушного промежутка связан с фокусным расстоянием 1 первого компонента фокусирующей системы следующим соотношением 120,11. 2. Двухканальная оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что окулярная часть выполнена в виде светофильтра и телевизионного приемника. 3. Двухканальная оптическая система, содержащая визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей и окулярную часть, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей, клин, фокусирующую систему и фотоприемник, при этом объективная часть и призма с крышей являются общими для визирного канала и приемного канала лазерного излучения, клин склеен с отражающей гранью призмы с крышей, на одной из склеенных поверхностей нанесено спектроделительное покрытие с возможностью отражения рабочей области спектра визирного канала и пропускания длины волны лазерного излучения, отличающаяся тем, что призма с крышей выполнена в виде блока из полупентапризмы и полупентапризмы с крышей, соединенных малыми преломляющими гранями, при этом клин склеен с отражающей гранью полупентапризмы, входной гранью является большая преломляющая грань полупентапризмы, выходная преломляющая грань полупентапризмы с крышей оптически связана с окулярной частью визирного канала, а фокусирующая система содержит два компонента, разделенных воздушным промежутком 12, причем размер воздушного промежутка связан с фокусным расстоянием 1 первого компонента фокусирующей системы следующим соотношением 120,11. 4. Двухканальная оптическая система по п. 3, отличающаяся тем, что полупентапризма и полупентапризма с крышей склеены между собой. 5. Двухканальная оптическая система по любому из пп. 3 или 4, отличающаяся тем,что окулярная часть выполнена в виде светофильтра и телевизионного приемника.(56)62079419, 1987.2145433 1, 2000.2138836 1, 1999.2117973 1, 1998.181126 1, 1996.1679455 1, 1991.5864436 , 1999. Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к наблюдательным системам и может применяться в наблюдательных приборах, в которых необходимо в процессе наблюдения принимать лазерное излучение, например при измерении дальности до объекта с помощью лазерного дальномера. Существует двухканальная оптическая система, содержащая визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть, призменную систему, спектроделитель и окулярную часть, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть, призменную систему, спектроделитель и фотоприемник 1. Недостатком этой системы являются большие габариты из-за большого заднего отрезка оптической системы приемного канала, а также невозможность установить фокусное расстояние приемного канала лазерного излучения, отличное от фокусного расстояния визирного канала. 2 6832 1 Наиболее близкой по технической сущности является двухканальная оптическая система, содержащая визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей, выполненную в виде призмы Пехана, и окулярную часть, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть,призму с крышей, клин, фокусирующую систему и фотоприемник, объективная часть и призма с крышей - общие для визирного канала и приемного канала лазерного излучения,клин склеен с отражающей гранью призмы с крышей, на одной из склеенных поверхностей нанесено спектроделительное покрытие, причем выходная преломляющая грань призмы с крышей оптически связана с окулярной частью визирного канала 2. Недостатком этой системы является невысокое качество изображения и светопропускание приемного канала из-за большого количества отражений и длинного хода лучей в стекле в призме Пехана с крышей, а также большие габариты системы из-за большого заднего отрезка оптической системы приемного канала. Задачей изобретения является повышение качества изображения и светопропускания системы, а также сокращение габаритов. Поставленная задача по-первому варианту достигается тем, что в двухканальной оптической системе, содержащей визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей и окулярную часть, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей, клин,фокусирующую систему и фотоприемник, при этом объективная часть и призма с крышей являются общими для визирного канала и приемного канала лазерного излучения, клин склеен с отражающей гранью призмы с крышей, на одной из склеенных поверхностей нанесено спектроделительное покрытие с возможностью отражения рабочей области спектра визирного канала и пропускания длины волны лазерного излучения, в отличие от прототипа, призма с крышей выполнена в виде пентапризмы с крышей, фокусирующая система содержит два компонента, разделенных воздушным промежутком 12, причем размер воздушного промежутка 12 связан с фокусным расстоянием 1 первого компонента фокусирующей системы следующим соотношением 120,11. Поставленная задача по второму варианту достигается тем, что в двухканальной оптической системе, содержащей визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей и окулярную часть, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть, призму с крышей, клин,фокусирующую систему и фотоприемник, при этом объективная часть и призма с крышей являются общими для визирного канала и приемного канала лазерного излучения, клин склеен с отражающей гранью призмы с крышей, на одной из склеенных поверхностей нанесено спектроделительное покрытие с возможностью отражения рабочей области спектра визирного канала и пропускания длины волны лазерного излучения, в отличие от прототипа, призма с крышей выполнена в виде блока из полупентапризмы и полупентапризмы с крышей, соединенных малыми преломляющими гранями, при этом клин склеен с отражающей гранью полупентапризмы, входной гранью является большая преломляющая грань полупентапризмы, выходная преломляющая грань полупентапризмы с крышей оптически связана с окулярной частью визирного канала, а фокусирующая система содержит два компонента, разделенных воздушным промежутком 12, причем размер воздушного промежутка 12 связан с фокусным расстоянием 1 первого компонента фокусирующей системы следующим соотношением 120,11. Полупентапризма и полупентапризма с крышей, в частности, могут быть склеены между собой. Окулярная часть, в частности, может быть выполнена из светофильтра и телевизионного приемника. 3 6832 1 В наблюдательных оптических приборах, в которых предусматривается прием лазерного излучения, например, содержащих лазерный дальномер, часто для уменьшения количества оптических элементов и сокращения габаритов оптической системы объектив визирного канала используют в качестве объектива приемного канала лазерного излучения. При этом для разделения каналов используют спектроделитель, который отделяет лазерное излучение от рабочей области спектра визирного канала и направляет лазерное излучение на фотоприемник. Часто такой спектроделитель выполняется в виде спектроделительного покрытия, нанесенного на одну из склеенных поверхностей блока из двух склеенных призм, отражающего рабочую область спектра визирного канала и пропускающую длину волны лазерного излучения. При этом одна из призм, как правило призма с крышей, используется в визирном канале для оборачивания изображения, а вторая призма дополняет призму визирного канала до плоскопараллельной пластинки в направлении фокусирующей системы приемного канала лазерного излучения. Часто в качестве второй призмы используется клин. Так как для приемного канала лазерного излучения оборачивания изображения не требуется, то дополнительные отражения на гранях и крыше призмы визирного канала приводят лишь к ухудшению качества изображения за счет ошибок в изготовлении граней и увеличения количества рассеянного света, а также к дополнительным потерям света при отражении от граней и поглощения в толще стекла. При использовании в качестве призмы с крышей пентапризмы с крышей лазерное излучение проходит призму без отражений. При этом не происходит ухудшения качества изображения за счет ошибок в изготовлении отражающих граней и рассеянного света, а также дополнительных потерь света при отражении от отражающих граней и поглощения в толще стекла. При использовании во втором варианте в качестве призмы с крышей блока из полупентапризмы и полупентапризмы с крышей, соединенных малыми преломляющими гранями, причем входной гранью призмы является большая преломляющая грань полупентапризмы, выходная преломляющая грань полупентапризмы с крышей оптически связана с окулярной частью визирного канала, а клин склеен с отражающей гранью полупентапризмы, лазерное излучение проходит призменный блок без отражений. При этом не происходит ухудшения качества изображения за счет ошибок в изготовлении отражающих граней и рассеянного света, а также дополнительных потерь света при отражении от отражающих граней и поглощения в толще стекла. Ход лучей в призме для визирного канала намного превышает ход лучей в приемном канале лазерного излучения. В результате этого задний отрезок приемного канала велик,что приводит к большим габаритам. Выполнение фокусирующей системы из двух компонентов, разделенных воздушным промежутком, позволяет независимо от фокусного расстояния приемного канала установить требуемое значение заднего отрезка. Оптическая силафокусирующей системы в этом случае будет определяться как 12 - 1212,где 1, 2 - оптические силы первого и второго компонентов фокусирующей системы, 12 размер воздушного промежутка между компонентами фокусирующей системы. Задний отрезокнаходится с использованием известной формулы отрезков 1 1 2 , 1 12 а задний отрезок 1 первого компонента связан аналогичной формулой отрезков с оптической силой 1 первого компонента 1 11 ,1 где- расстояние от первого компонента до плоскости изображения объектива визирного канала. При этом размер воздушного промежутка 12 между компонентами не должен быть 4 6832 1 очень мал по сравнению с фокусными расстояниями компонентов. Величину промежутка можно связать с фокусным расстоянием 1 первого компонента. Величина промежутка,определяемая соотношением 120,11, достаточна для того, чтобы в уравнении для оптической силыфокусирующей системы третий член имел величину, сравнимую с величинами первых двух, чтобы позволить установить требуемое значение заднего отрезка. Если полупентапризму и полупентапризму с крышей склеить малыми преломляющими гранями, то в результате получается единый оптический блок, который облегчает операцию сборки прибора и уменьшает габариты. Выполнение окулярной части в виде светофильтра и телевизионного приемника позволяет запоминать, обрабатывать и передавать изображение визирного канала. Изображение от визирного канала может выводиться на выносной видеомонитор. Имеется возможность разнести между собой место установки системы и рабочее место оператора. Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена двухканальная оптическая система по первому варианту изобретения. На фиг. 2 изображена двухканальная оптическая система по второму варианту изобретения. На фиг. 3 изображена реализация окулярной части. Двухканальная оптическая система по первому варианту (фиг. 1) имеет визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть 1, в которую входит защитное стекло 2, зеркало 3 и объектив 4, призму с крышей 5, выполненную в виде пентапризмы с крышей и окулярную часть 6, в которую входит светофильтр 7, сетка 8 и окуляр 9, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть 1,призму с крышей 5, клин 10, склеенный с отражающей гранью пентапризмы с крышей, фокусирующую систему 11, выполненную из двух компонентов 12 и 13, разделенных воздушным промежутком 12, причем размер воздушного промежутка 12 связан с фокусным расстоянием 1 первого компонента 12 фокусирующей системы 11 следующим соотношением 120,11,и фотоприемник 14. На одной из склеенных поверхностей призмы с крышей 5 и клина 10 нанесено спектроделительное покрытие, отражающее рабочую область спектра визирного канала и пропускающую длину волны лазерного излучения. Двухканальная оптическая система по второму варианту (фиг. 2) имеет визирный канал, включающий оптически связанные объективную часть 1, в которую входит защитное стекло 2, зеркало 3 и объектив 4, призму с крышей 5, выполненную в виде блока, состоящего из полупентапризмы 15 и полупентапризмы с крышей 16, соединенных малыми преломляющими гранями, при этом входной гранью является большая преломляющая грань полупентапризмы 15, а выходная преломляющая грань полупентапризмы с крышей оптически связана с окулярной частью визирного канала, и окулярную часть 6, в которую входит светофильтр 7, сетка 8 и окуляр 9, и приемный канал лазерного излучения, включающий оптически связанные объективную часть 1, призму с крышей 5, клин 10, склеенный с отражающей гранью полупентапризмы 15, фокусирующую систему 11, выполненную из двух компонентов 12 и 13, разделенных воздушным промежутком 12, причем размер воздушного промежутка 12 связан с фокусным расстоянием 1 первого компонента 12 фокусирующей системы 11 следующим соотношением 120,11,и фотоприемник 14. На одной из склеенных поверхностей полупентапризмы и клина нанесено спектроделительное покрытие, отражающее рабочую область спектра визирного канала и пропускающую длину волны лазерного излучения. Полупентапризма 15 и полупентапризма с крышей 16 склеены малыми преломляющими гранями. Объективная часть 1 включает защитное стекло 2, зеркало 3 и объектив 4. Защитное стекло 2 защищает объективную часть 1 от внешних воздействий и выполнено из химиче 5 6832 1 ски стойкого и механически прочного стекла. Зеркало 3 отражает лучи, идущие от объекта в объектив, и может также использоваться для прокачки линии визирования. Зеркало 3 выполнено на стекле с подложкой из металла с высокоотражающим покрытием в области спектра 480-1600 нм. Размеры зеркала 3 и защитного стекла 2 выбраны таким образом,чтобы пропустить пучки лучей от объекта в соответствии с полем зрения и апертурой объектива 4, а также в соответствии с возможной величиной прокачки линии визирования. В качестве объектива 4 визирного канала использован телеобъектив с фокусным расстоянием 285 мм и передней апертурой 50 мм. Объектив 4 исправлен для аберраций в видимой области спектра. Поле зрения объектива 5 угл. град. Пентапризма с крышей имеет световой размер 30 мм. На крыше нанесено отражающее покрытие. Окулярная часть 6 состоит из светофильтра 7, сетки 8 и окуляра 9. Окуляр 9 имеет фокусное расстояние 28,5 мм, выходной зрачок 5 мм и поле зрения 50 градусов. Сетка имеет световой диаметр 25 мм и центральную марку, нанесенную на одну из поверхностей. Сетка расположена в плоскости промежуточного изображения визирного канала. Для работы в условиях недостаточной освещенности в плоскость промежуточного изображения можно поместить ЭОП. Светофильтр 7 предназначен для защиты от лазерного излучения и выполнен из стекла типа СЗС и обеспечивает ослабление излучения 1064 нм в 105 раз. Такие характеристики оптических компонентов обеспечивают следующие характеристики визирного канала видимое увеличение 10 х, поле зрения 5 град., диаметр входного зрачка 50 мм. Клин выполнен из стекла и имеет угол 2230. На склеиваемой поверхности клина 10 нанесено спектроделительное покрытие, которое отражает видимую область спектра и пропускает длину волны 1064 нм. Фокусирующая система 11 может быть выполнена из положительной 12 и отрицательной 13 линз. Фокусное расстояние первого компонента 12 составляет 33 мм, а расстояние между компонентами 12 и 13 - 20 мм. Фокусирующая система 11 совместно с объективом 4 визирного канала обеспечивает фокусное расстояние приемного канала лазерного излучения 150 мм и задний отрезок 15 мм. Фокусирующая система 11 также может быть выполнена из двух положительных компонентов или отрицательного и положительного компонента. В качестве фотоприемника 14 может быть использован стандартный фотоприемник с максимумом спектральной чувствительности на длине волны 1064 нм. Призма с крышей 5, выполненная в виде блока, состоящего из полупентапризмы 15 и полупентапризмы с крышей 16, имеет световой размер 30 мм. На крыше нанесено отражающее покрытие. Полупентапризма 15 и полупентапризма с крышей 16 склеены малыми преломляющими гранями. Окулярная часть 6 (фиг. 3) может быть также выполнена в виде светофильтра 18 и телевизионного приемника 19. Светофильтр 18 имеет пропускание по спектру, согласованное со спектральной чувствительностью телевизионного приемника 19. Телевизионный приемник 19 может быть цветной или черно-белый низкоуровневый для наблюдения в условиях недостаточной освещенности. Для работы в условиях очень малых освещенностей телевизионный приемник 19 может иметь функцию усиления изображения. Работает двухканальная оптическая система следующим образом. Визирный канал ориентируют таким образом, чтобы наблюдаемый объект находился на оптической оси визирного канала и изображение наблюдаемого объекта строилось в центре поля зрения. Лазерное излучение от внешнего лазерного передатчика посылается в сторону наблюдаемого объекта. Излучение, отраженное от объекта, содержащее широкую область спектра естественного излучения и длину волны лазерного излучения, попадает в объективную часть 1. Пройдя защитное стекло 2 и отразившись от зеркала 3, излучение от объекта фокусируется объективом 4 и попадает в призму с крышей 5. На склеенной поверхности призмы с крышей 5 и клина 10 рабочая часть спектра визирного канала отражается, а лазерное излучение проходит через клин 10. Рабочая часть спектра визирного канала попадает в окулярную часть 6, формируя на сетке 8 изображение наблюдаемого объекта. Окуляр 9 формирует на сетчатке глаза резкое изображение объекта и сетки 8. Малая часть лазерного излучения, попадающая в окулярную часть, поглощается светофильтром 7. Ла 6 6832 1 зерное излучение проходит через клин 10 и с помощью фокусирующей системы 11 фокусируется на фотоприемник 14. Если окулярная часть 6 состоит из светофильтра 18 и телевизионного приемника 19, то излучение от объекта в визирном канале проходит через светофильтр 18 и формирует изображение в плоскости приемной площадки телевизионного приемника 19. Светофильтр 18 вырезает область спектра излучения, согласованную со спектральной чувствительностью приемника. Приемник 19 вырабатывает видеосигнал,который в дальнейшем может быть использован для обработки и отображения. Источники информации 1. Патент США 5,864,436. 2. Патент Японии 62-79419 (прототип). Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.