RU2581763C2 - Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) - Google Patents
Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581763C2 RU2581763C2 RU2014116766/28A RU2014116766A RU2581763C2 RU 2581763 C2 RU2581763 C2 RU 2581763C2 RU 2014116766/28 A RU2014116766/28 A RU 2014116766/28A RU 2014116766 A RU2014116766 A RU 2014116766A RU 2581763 C2 RU2581763 C2 RU 2581763C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- range
- component
- optical axis
- lens
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 88
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 57
- 238000001931 thermography Methods 0.000 claims abstract description 17
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 10
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
- G02B23/04—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors for the purpose of beam splitting or combining, e.g. fitted with eyepieces for more than one observer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/06—Aiming or laying means with rangefinder
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено для теплотелевизионных приборов и прицелов с функцией измерения дальности, используемых в самых разнообразных условиях эксплуатации.The invention relates to the field of optoelectronic technology and can be applied to thermal television devices and sights with the function of measuring ranges used in a wide variety of operating conditions.
Известна двухспектральная оптическая система для работы в теплотелевизионных приборах в двух спектральных диапазонах - от 0,4 до 0,9 мкм и от 3,0 до 5,0 мкм (И.Л. Гейхман, В.Г. Волков «Видение и безопасность». Москва, ОАО «Типография «Новости», 2009 год, стр. 556, рис. 7.3.1в), содержащая общий входной канал. Недостатком этой оптической системы является невысокая светосила в телевизионном и тепловизионном каналах, а также необходимость применения отдельно устанавливаемого дальномера, что вносит ошибки от параллакса при наведении на цель и в измерении дальности.A well-known two-spectral optical system for operating in thermal television devices in two spectral ranges - from 0.4 to 0.9 μm and from 3.0 to 5.0 μm (I.L. Geykhman, V.G. Volkov "Vision and Security" Moscow, JSC Printing House Novosti, 2009, p. 556, Fig. 7.3.1c) containing a common input channel. The disadvantage of this optical system is the low aperture ratio in the television and thermal imaging channels, as well as the need to use a separately installed range finder, which introduces parallax errors when aiming at the target and in measuring the range.
Наиболее близкой по технической сущности является двухспектральная оптическая система по патенту №2436136.The closest in technical essence is a two-spectral optical system according to patent No. 2436136.
Эта двухспектральная оптическая система содержит общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,5÷0,9) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷14) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем общий входной канал содержит один компонент - положительный мениск, при этом второй компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,5÷0,9) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, третий компонент этого канала выполнен в виде положительного мениска, четвертый - в виде отрицательного мениска, пятый - в виде положительной линзы, второй компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы.This two-spectral optical system contains a common input channel, a flat mirror with a dichroic coating, reflecting the spectral range (0.5 ÷ 0.9) microns and passing the spectral range (8 ÷ 14) microns, as well as two optical channels for each of the spectral ranges, moreover, the common input channel contains one component - the positive meniscus, while the second component of the optical channel operating in the spectral range (0.5 ÷ 0.9) μm is made in the form of a negative lens, the third component of this channel is made in the form of a positive claim, fourth - a negative meniscus fifth - in the form of a positive lens, a second component of the optical channel operating in the spectral range (8,0 ÷ 14,0) microns, is formed as a negative lens.
Недостатком этой оптической системы является необходимость повышения качества изображения в тепловизионном канале, а также необходимость применения отдельно устанавливаемого дальномера, что, в свою очередь, вносит ошибки от параллакса при наведении на цель и при измерении дальности.The disadvantage of this optical system is the need to improve image quality in the thermal imaging channel, as well as the need to use a separately installed rangefinder, which, in turn, introduces parallax errors when aiming at a target and when measuring a range.
Задачей настоящего изобретения является совмещение излучающего и приемного зрачков лазерного дальномера с входным зрачком общего канала двухспектральной оптической системы и повышение качества оптического изображения.The objective of the present invention is the combination of the emitting and receiving pupils of the laser rangefinder with the entrance pupil of the common channel of the two-spectral optical system and improving the quality of the optical image.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в однозрачковой мультиспектральной оптической системе с встроенным лазерным дальномером, содержащей общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон телевизионного канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала, и два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, в отличие от известного, тепловизионный канал в проходящем через спектроделительную пластинку направлении выполнен двухкомпонентным, причем первый и второй компоненты выполнены в виде положительных менисков, а его оптическая ось смещена относительно оптической оси общего входного канала, отраженный телевизионный канал выполнен двухкомпонентным, между компонентами которого установлен спектроделительный кубик, пропускающий спектральный диапазон телевизионного канала и отражающий дальномерный канал, содержащий коллимирующую двухкомпонентную оптику, первый компонент которой выполнен в виде положительной линзы, второй - в виде отрицательной линзы, четвертьволновую фазовую пластинку, поляризационный сплиттер, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную части, каждая из которых содержит двухкомпонентный объектив сопряжения, причем первый компонент объектива сопряжения выполнен в виде положительной линзы, а второй - в виде отрицательного мениска, при этом выполняются следующие соотношения:The technical result due to the task is achieved by the fact that in a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder containing a common input channel, a spectro-splitting plate reflecting the spectral range of the television channel and transmitting the spectral range of the thermal imaging channel, and two optical channels for each of the spectral ranges , unlike the well-known, the thermal imaging channel in the direction passing through the spectrodividing plate is made two component, the first and second components are made in the form of positive menisci, and its optical axis is offset relative to the optical axis of the common input channel, the reflected television channel is made two-component, between the components of which there is a spectrodividing cube that transmits the spectral range of the television channel and reflects the rangefinder channel containing a collimating two-component optics, the first component of which is made in the form of a positive lens, the second - in the form of a negative lens, four tvolnovuyu phase plate, the polarization splitter, branching a ranging channel to the radiating and receiving parts, each of which contains a two-component coupling lens, the first lens coupling component is formed as a positive lens, and the second - in the form of a negative meniscus, wherein the following relations:
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;where δ is the displacement of the optical axis of the channel passing through the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
dсп - толщина спектроделительной пластинки;d SP - the thickness of the spectrodividing plate;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для средней длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;n is the refractive index of the spectrodividing plate for the average wavelength of the spectral range of the transmitted channel;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала;α is the angle of inclination of the normal of the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
ƒоб.с.фп - фокусное расстояние объектива сопряжения приемного канала дальномера;ƒ r.s.s.fp - the focal length of the pairing lens of the receiving channel of the range finder;
ƒоб.с.ли - фокусное расстояние объектива сопряжения излучающего канала дальномера;ƒ r.s.li - the focal length of the lens pairing the emitting channel of the range finder;
dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;d FP - the size of the sensitive area of the photodetector of the range finder;
dли - размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.d li is the size of the emitting area of the laser diode of the range finder.
Такая оптическая система обеспечивает повышение качества оптического изображения, а также измерение лазерным дальномером дальности до объекта наблюдения через один общий входной зрачок оптической системы без ошибок параллакса, обусловленных разнесением отдельно выполненных зрачков каналов наблюдения, излучения и приема сигналов измерения дальности.Such an optical system provides an increase in the quality of the optical image, as well as measurement by the laser range finder of the distance to the object of observation through one common entrance pupil of the optical system without parallax errors due to the spacing of separately made pupils of the observation channels, radiation, and reception of ranging signals.
Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в однозрачковой мультиспектральной оптической системе с встроенным лазерным дальномером, содержащей общий входной канал, спектроделительную пластинку и два оптических канала различных спектральных диапазонов, в отличие от известной, спектроделительная пластинка отражает спектральный диапазон тепловизионного канала и пропускает спектральный диапазон телевизионного канала, оптическая ось которого смещена относительно оптической оси общего входного канала, причем тепловизионный канал выполнен двухкомпонентным, оба компонента которого являются положительными менисками, а между первым и вторым компонентами двухкомпонентного телевизионного канала установлен спектроделительный кубик, пропускающий спектральный диапазон телевизионного канала и отражающий спектральный диапазон дальномерного канала, содержащий коллимирующую двухкомпонентную оптику, первый компонент которой выполнен в виде положительной линзы, второй - в виде отрицательной линзы, четвертьволновую фазовую пластинку, поляризационный сплиттер, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную части, каждая из которых содержит двухкомпонентный объектив сопряжения, причем первый компонент объектива сопряжения выполнен в виде положительной линзы, а второй - в виде отрицательного мениска, при этом выполняются следующие соотношения:The essence of the invention according to the second embodiment is that in a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder containing a common input channel, a spectrodividing plate and two optical channels of different spectral ranges, in contrast to the known one, the spectrodividing plate reflects the spectral range of the thermal imaging channel and transmits the spectral the range of the television channel, the optical axis of which is offset from the optical axis of the common input channel, while The ovision channel is made of a two-component channel, both components of which are positive menisci, and a spectrodividing cube is installed between the first and second components of the two-component television channel, which transmits the spectral range of the television channel and reflects the spectral range of the rangefinder channel, containing a collimating two-component optics, the first component of which is made in the form of a positive lens the second in the form of a negative lens, a quarter-wave phase plate, polarizing a splitter branching the rangefinder channel into the emitting and receiving parts, each of which contains a two-component pairing lens, the first component of the pairing lens made in the form of a positive lens and the second in the form of a negative meniscus, with the following relationships:
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;where δ is the displacement of the optical axis of the channel passing through the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
dсп - толщина спектроделительной пластинки;d SP - the thickness of the spectrodividing plate;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для средней длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;n is the refractive index of the spectrodividing plate for the average wavelength of the spectral range of the transmitted channel;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала;α is the angle of inclination of the normal of the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
ƒоб.с.фп - фокусное расстояние объектива сопряжения приемного канала дальномера;ƒ r.s.s.fp - the focal length of the pairing lens of the receiving channel of the range finder;
ƒоб.с.ли - фокусное расстояние объектива сопряжения излучающего канала дальномера;ƒ r.s.li - the focal length of the lens pairing the emitting channel of the range finder;
dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;d FP - the size of the sensitive area of the photodetector of the range finder;
dли - размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.d li is the size of the emitting area of the laser diode of the range finder.
Сущность изобретения по третьему варианту заключается в том, что в однозрачковой мультиспектральной оптической системе с встроенным лазерным дальномером, в отличие от второго варианта, между двумя компонентами тепловизионного канала установлено плоское зеркало.The essence of the invention according to the third embodiment consists in the fact that in a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder, in contrast to the second embodiment, a flat mirror is installed between the two components of the thermal imaging channel.
Оптическая схема однозрачковой мультиспектральной оптической системы с встроенным лазерным дальномером по варианту 1 показана на фиг. 1.The optical design of a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder according to
Однозрачковая мультиспектральная оптическая система содержит общий входной канал, состоящий из менисковой линзы 1, спектроделительной пластинки 2 с дихроичным покрытием, пропускающим спектральный диапазон (8÷14) мкм и отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм, оптический канал в проходящем через спектроделительную пластинку 2 с дихроичным покрытием направлении, состоящий из положительной линзы 3 и положительной линзы 4, оптический канал в отраженном от пластинки с дихроичным покрытием направлении, выполненный двухкомпонентным, между первым компонентом которого, состоящим из трех линз 6, 7, 8, и вторым компонентом, состоящим из трех линз 10, 11, 12, установлен спектроделительный кубик 9, пропускающий спектральный диапазон телевизионного канала 6, 7, 8, 10, 11, 12 (0,6÷0,9) мкм и отражающий спектральный диапазон дальномерного канала (0,9÷0,95) мкм, содержащего коллимирующую двухкомпонентную оптику, первый компонент 14 которой выполнен в виде положительной линзы, второй компонент 15 - в виде отрицательной линзы, четвертьволновую фазовую пластинку 16, поляризационный сплиттер 17, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную части, каждая из которых содержит двухкомпонентный объектив сопряжения 18, 19 и 21, 22, причем первый компонент 18 (21) объектива сопряжения выполнен в виде положительной линзы, а второй компонент 19 (22) - в виде отрицательного мениска.The single-pupil multispectral optical system contains a common input channel, consisting of a
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.The design parameters of the optical system embodiment are shown in table 1.
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷14,0) мкм:The parameters of this embodiment of the optical system for the optical channel of the spectral range (8.0 ÷ 14.0) μm:
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷0,9) мкм:The parameters of this embodiment of the optical system for the optical channel of the spectral range (0.6 ÷ 0.9) μm:
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для дальномерного канала на длине волны лазерного диода 0,905 мкм:The parameters of this embodiment of the optical system for the rangefinder channel at a wavelength of the laser diode 0,905 μm:
- вариант предполагает одинаковые фокусные расстояния объективов сопряжения в излучающем и в приемном каналах. Подбор других значений фокусных расстояний осуществляется перерасчетом значений R42, R43, R44, R45.- the option assumes the same focal lengths of the pairing lenses in the emitting and in the receiving channels. The selection of other values of focal lengths is carried out by recalculating the values of R42, R43, R44, R45.
Оптическая схема однозрачковой мультиспектральной оптической системы с встроенным лазерным дальномером по второму варианту показана на фиг. 2.The optical design of a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder according to the second embodiment is shown in FIG. 2.
Оптическая схема однозрачковой мультиспектральной оптической системы с встроенным лазерным дальномером по третьему варианту показана на фиг. 3.The optical scheme of a single pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder according to the third embodiment is shown in FIG. 3.
Принцип действия однозрачковой мультиспектральной оптической системы с встроенным лазерным дальномером заключается в следующем.The principle of operation of a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder is as follows.
Первый компонент 1, выполненный в виде мениска, в сочетании со вторым компонентом 2, выполненным в виде спектроделительной пластинки с дихроичным покрытием на первой поверхности, является единым входным окном для четырех каналов - тепловизионного, телевизионного, излучающего дальномерного и приемного дальномерного, работающих в различных спектральных диапазонах.The
Оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении выполнен из двух компонентов 3 и 4, выполненных в виде положительных менисков линзы, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм.The optical channel in the direction passing through the mirror with a dichroic coating is made of two
Для повышения качества оптического изображения оптическая ось канала, проходящего через спектроделительную пластинку 2, смещена относительно оптической оси общего входного канала на величину δ, которая выбирается из соотношенияTo improve the quality of the optical image, the optical axis of the channel passing through the
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;where δ is the displacement of the optical axis of the channel passing through the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
dсп - толщина спектроделительной пластинки;d SP - the thickness of the spectrodividing plate;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для расчетной длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;n is the refractive index of the spectrodividing plate for the calculated wavelength of the spectral range of the transmitted channel;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала.α is the angle of inclination of the normal of the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel.
Оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении выполнен двухкомпонентным, первый компонент которого состоит из трехлинзовой силовой части 6, 9 и 8, которая создает необходимую оптическую силу канала, второй компонент - из трехлинзового компенсатора полевых аберраций 10, 11 и 12, компенсирующего кривизну поверхности изображения в спектральном диапазоне (0,6÷0,9) мкм.The optical channel in the direction reflected from the dichroic coating mirror is made in two components, the first component of which consists of a three-
Между двумя компонентами отраженного оптического канала установлен спектроделительный кубик 9, пропускающий спектральный диапазон телевизионного канала (0,6÷0,9) мкм и отражающий спектральный диапазон дальномерного канала (0,9÷0,95) мкм, который содержит коллимирующую двухкомпонентную оптику, первый компонент 14 которой выполнен в виде положительной линзы, второй компонент 15 - в виде отрицательной линзы, создающей афокальную оптическую систему, после которой формируется параллельный пучок лучей. В параллельных пучках афокальной оптической системы дальномерного канала установлена четвертьволновая фазовая пластинка 16 и поляризационный сплиттер 17, разветвляющий дальномерный канал на излучающую и приемную части, каждая из которых работает с лучами, поляризованными сплиттером 17 во взаимно перпендикулярных направлениях.Between the two components of the reflected optical channel, a
В каждом из сформированных сплиттером каналах установлен двухкомпонентный объектив сопряжения 18, 19 и 21, 22, причем первый компонент 18 (21) объектива сопряжения выполнен в виде положительной линзы, а второй компонент 19 (22) - в виде отрицательного мениска.In each of the channels formed by the splitter, a two-
В излучающем канале (например, в пропускающем 18, 19, 20) установлен лазерный диод 20, излучение которого линейно поляризовано, а плоскость линейной поляризации его излучения выставлена соответственно полному пропусканию поляризационного сплиттера 17. При этом ориентация главных осей четвертьволновой пластинки 16 выставляется под углом 45° к плоскости линейной поляризации лазерного диода. При такой ориентации после четвертьволновой пластинки линейно поляризованный свет преобразуется в свет с круговой поляризацией.A
Свет с круговой поляризацией проходит через компоненты 15 и 14, отражается от гипотенузной грани спектроделительного кубика 9 и проходит далее компоненты 8, 7 и 6 телевизионного канала, отражается от первой поверхности спектроделительной пластинки 2 с дихроичным покрытием и выходит через первый компонент 1 в направлении объекта наблюдения. При отражении от объекта наблюдения направление вращения круговой поляризации меняется на противоположное, отраженный свет последовательно проходит через компоненты 1, 2, 6, 7, 8, 9, 14 и 15 до четвертьволновой пластинки 16. Четвертьволновая пластинка 16 преобразует отраженный свет с измененным направлением круговой поляризации в свет с линейной поляризацией, но направление которой повернется на 90°, т.е. направление линейной поляризации вернувшегося света после прохождения четвертьволновой пластинки 16 будет ориентировано уже перпендикулярно от первоначальной линейной поляризации лазерного диода. Далее свет с поляризацией, повернутой на 90° относительно исходной, отразится поляризационным сплиттером в приемный канал (в отраженный канал 21, 22, 23) на фотоприемник 23 с минимальными потерями на пропусканиях и отражениях.Circularly polarized light passes through
Для исключения апертурных энергетических потерь при измерении дальности поле зрения приемного канала должно превышать поле зрения излучающего канала, для чего фокусные расстояния объективов сопряжения излучающего канала 18, 19 и приемного канала 21, 22 выбираются из соотношенияTo exclude aperture energy losses during range measurement, the field of view of the receiving channel should exceed the field of view of the emitting channel, for which the focal lengths of the pairing lenses of the
где ƒоб.с.фп - фокусное расстояние объектива сопряжения приемного канала дальномера;where ƒ r.s.s.fp - the focal length of the pairing lens of the receiving channel of the range finder;
ƒоб.с.ли - фокусное расстояние объектива сопряжения излучающего канала дальномера;ƒ ob.s.li - lens focal distance conjugation emitting rangefinder channel;
dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;d FP - the size of the sensitive area of the photodetector of the range finder;
dли - размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.d li is the size of the emitting area of the laser diode of the range finder.
По регистрации времени излученного и принятого импульсов вычисляется дистанция до цели.By recording the time of the emitted and received pulses, the distance to the target is calculated.
Принцип действия изобретения по второму варианту заключается в том, что однозрачковая мультиспектральная оптическая система с встроенным лазерным дальномером, в отличие от известной, содержит спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон тепловизионного канала и пропускающую спектральный диапазон телевизионного канала, оптическая ось которого смещена относительно оптической оси общего входного канала. Такая спектроделительная пластинка может быть изготовлена из обычного оптического стекла, что значительно уменьшает стоимость однозрачковой мультиспектральной оптической системы и ее вес.The principle of operation of the invention according to the second embodiment is that a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder, in contrast to the known one, contains a spectrodividing plate reflecting the spectral range of the thermal imaging channel and transmitting the spectral range of the television channel, the optical axis of which is offset from the optical axis of the common input channel. Such a spectrodividing plate can be made of ordinary optical glass, which significantly reduces the cost of a single-pupil multispectral optical system and its weight.
Принцип действия изобретения по третьему варианту заключается в том, что в однозрачковой мультиспектральной оптической системе с встроенным лазерным дальномером, в отличие от известной, между двумя компонентами тепловизионного канала установлено плоское зеркало. Применение плоского зеркала позволяет уменьшить габаритные размеры однозрачковой мультиспектральной оптической системы.The principle of operation of the invention according to the third embodiment is that in a single-pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder, in contrast to the known one, a flat mirror is installed between the two components of the thermal imaging channel. The use of a flat mirror makes it possible to reduce the overall dimensions of a single-pupil multispectral optical system.
Дальномерный канал обеспечивает максимальную величину кружка рассеяния - не более 20,8 мкм, что дает увеличение изображения пятна излучения на цели с 2 м до 2,2 м при дистанции до цели 1000 м, что вполне допустимо при измерениях дальности.The rangefinder channel provides a maximum value of the scattering circle - not more than 20.8 μm, which gives an increase in the image of the radiation spot on the target from 2 m to 2.2 m at a distance to the target of 1000 m, which is quite acceptable for range measurements.
Для каналов наблюдения задаемся критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитываем:For observation channels, we set the quality criterion - the value of the polychromatic contrast transfer coefficient (CPC) and take into account:
- толщину защитного стекла 5 (или 13) фотоприемника, равную 1,0 мм;- the thickness of the protective glass 5 (or 13) of the photodetector, equal to 1.0 mm;
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длине волны 0,6 мкм, 1,0 на длине волны 0,7 мкм, 0,8 на длине волны 0,8 мкм и 0,5 на длине волны 0,9 мкм (для телевизионного канала), 1,0 на длинах волн 8,0 мкм, 11 мкм и 14 мкм (для тепловизионного канала);- spectral efficiency at wavelengths taking into account the sensitivity of the photodetector and the light transmission of the lens - 1.0 at a wavelength of 0.6 μm, 1.0 at a wavelength of 0.7 μm, 0.8 at a wavelength of 0.8 μm and 0.5 at a wavelength of 0.9 μm (for a television channel), 1.0 at wavelengths of 8.0 μm, 11 μm and 14 μm (for a thermal imaging channel);
- пространственную частоту ~80 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (0,6÷0,9) мкм с размером чувствительного элемента, равным 6,4 мкм),- spatial frequency ~ 80 lin / mm (Nyquist frequency for the photodetector (0.6 ÷ 0.9) μm with a sensitive element size equal to 6.4 μm),
- пространственную частоту ~30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷14,0) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм).- spatial frequency ~ 30 lin / mm (Nyquist frequency for the photodetector (8.0 ÷ 14.0) μm with a sensitive element size equal to 17 μm).
Получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы:We obtain the following calculated values of the qualitative characteristics of the optical system:
- для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷0,9) мкм:- for the optical channel of the spectral range (0.6 ÷ 0.9) μm:
- для точки поля 2,0 мм от центра- for a field point of 2.0 mm from the center
- для точки поля 3,0 мм от центра- for a field point of 3.0 mm from the center
- для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷14,0) мкм:- for the optical channel of the spectral range (8.0 ÷ 14.0) μm:
- для точки поля 4,0 мм от центра- for a field point 4.0 mm from the center
- для точки поля 6,8 мм от центра- for a field point of 6.8 mm from the center
Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает отличное (канал 0,6÷0,9 мкм) и хорошее (канал 8,0÷14,0 мкм) качество изображения для оптико-электронных приборов, использующих общий входной канал и два фотоприемника:As can be seen from the calculations, the optical system, with the simplicity of its design, provides excellent (channel 0.6 ÷ 0.9 μm) and good (channel 8.0 ÷ 14.0 μm) image quality for optoelectronic devices using a common input channel and two photodetectors:
- телевизионную ПЗС матрицу спектрального диапазона (0,6÷0,9) мкм с размером пикселя 6,4 мкм;- television CCD matrix of the spectral range (0.6 ÷ 0.9) microns with a pixel size of 6.4 microns;
- микроболометрическую матрицу спектрального диапазона (8,0÷14,0) мкм с размером пикселя 17 мкм.- microbolometric matrix of the spectral range (8.0 ÷ 14.0) microns with a pixel size of 17 microns.
Claims (3)
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;
dсп - толщина спектроделительной пластинки;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для средней длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала;
ƒоб.с.фп - фокусное расстояние объектива сопряжения приемного канала дальномера;
ƒоб.с.ли - фокусное расстояние объектива сопряжения излучающего канала дальномера;
dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;
dли - размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.1. A single pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder, containing a common input channel, a spectrodividing plate reflecting the spectral range of the television channel and transmitting the spectral range of the thermal imaging channel, and two optical channels for each of the spectral ranges, characterized in that the thermal imaging channel located in the direction passing through the spectrodividing plate is two-component, with the first and second components being positive meniscuses, and its optical axis is offset relative to the optical axis of the common input channel, the reflected television channel is made two-component, between the components of which there is a spectro-dividing cube that transmits the spectral range of the television channel and reflects the spectral range of the range-measuring channel, containing collimating two-component optics, the first component of which is made in in the form of a positive lens, the second in the form of a negative lens, a quarter-wave phase plate, polarizing plitter, branching rangefinder channel on radiating and receiving parts, each of which contains a two-component coupling lens, the first lens coupling component is formed as a positive lens, and the second - in the form of a negative meniscus, wherein the following relations:
where δ is the displacement of the optical axis of the channel passing through the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
d SP - the thickness of the spectrodividing plate;
n is the refractive index of the spectrodividing plate for the average wavelength of the spectral range of the transmitted channel;
α is the angle of inclination of the normal of the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
ƒ r.s.s.fp - the focal length of the pairing lens of the receiving channel of the range finder;
ƒ r.s.li - the focal length of the lens pairing the emitting channel of the range finder;
d FP - the size of the sensitive area of the photodetector of the range finder;
d li is the size of the emitting area of the laser diode of the range finder.
где δ - величина смещения оптической оси канала, прошедшего через спектроделительную пластинку, относительно оптической оси общего входного канала;
dсп - толщина спектроделительной пластинки;
n - показатель преломления спектроделительной пластинки для средней длины волны спектрального диапазона пропускаемого канала;
α - угол наклона нормали спектроделительной пластинки относительно оптической оси общего входного канала;
ƒоб.с.фп - фокусное расстояние объектива сопряжения приемного канала дальномера;
ƒоб.с.ли - фокусное расстояние объектива сопряжения излучающего канала дальномера;
dфп - размер чувствительной площадки фотоприемника дальномера;
dли - размер излучающей площадки лазерного диода дальномера.2. A single pupil multispectral optical system with an integrated laser range finder, containing a common input channel, a spectrodividing plate and two optical channels of different spectral ranges, characterized in that the spectrodividing plate reflects the spectral range of the thermal imaging channel and passes the spectral range of the television channel, the optical axis of which is offset relative to the optical axis of the common input channel, and the thermal imaging channel is made of two-component, both components of which They are positive menisci, and between the first and second components of the two-component television channel there is a spectro-dividing cube that transmits the spectral range of the television channel and reflects the spectral range of the range-finder channel, containing the collimating two-component optics, the first component of which is made in the form of a positive lens, the second - in the form of a negative lens , quarter-wave phase plate, polarizing splitter, branching rangefinder channel to the emitting and receiving th parts, each of which contains a two-component coupling lens, wherein the first coupling lens component is a positive lens, and the second - in the form of a negative meniscus, wherein the following relations:
where δ is the displacement of the optical axis of the channel passing through the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
d SP - the thickness of the spectrodividing plate;
n is the refractive index of the spectrodividing plate for the average wavelength of the spectral range of the transmitted channel;
α is the angle of inclination of the normal of the spectrodividing plate relative to the optical axis of the common input channel;
ƒ r.s.s.fp - the focal length of the pairing lens of the receiving channel of the range finder;
ƒ r.s.li - the focal length of the lens pairing the emitting channel of the range finder;
d FP - the size of the sensitive area of the photodetector of the range finder;
d li is the size of the emitting area of the laser diode of the range finder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014116766/28A RU2581763C2 (en) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014116766/28A RU2581763C2 (en) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014116766A RU2014116766A (en) | 2015-10-27 |
| RU2581763C2 true RU2581763C2 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=54362720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014116766/28A RU2581763C2 (en) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2581763C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2662033C1 (en) * | 2017-07-11 | 2018-07-23 | Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Two-spectral optical system |
| RU2664380C1 (en) * | 2016-08-19 | 2018-08-16 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Optical system of a single-lens thermal imaging sight with an integrated laser rangefinder |
| RU2700033C2 (en) * | 2018-01-22 | 2019-09-12 | Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Double-spectral optical system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4572625A (en) * | 1983-05-17 | 1986-02-25 | Contraves Ag | Optical system for a sighting device |
| RU2145433C1 (en) * | 1997-06-16 | 2000-02-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Multichannel observation device |
| US6359681B1 (en) * | 1996-04-01 | 2002-03-19 | Lockheed Martin Corporation | Combined laser/FLIR optics system |
| RU2436136C1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-10 | Александр Владимирович Медведев | Double-spectrum optic system |
| RU2515766C2 (en) * | 2012-09-06 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Television-laser sighting device/range-finder |
-
2014
- 2014-04-24 RU RU2014116766/28A patent/RU2581763C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4572625A (en) * | 1983-05-17 | 1986-02-25 | Contraves Ag | Optical system for a sighting device |
| US6359681B1 (en) * | 1996-04-01 | 2002-03-19 | Lockheed Martin Corporation | Combined laser/FLIR optics system |
| RU2145433C1 (en) * | 1997-06-16 | 2000-02-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Multichannel observation device |
| RU2436136C1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-10 | Александр Владимирович Медведев | Double-spectrum optic system |
| RU2515766C2 (en) * | 2012-09-06 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Television-laser sighting device/range-finder |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664380C1 (en) * | 2016-08-19 | 2018-08-16 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Optical system of a single-lens thermal imaging sight with an integrated laser rangefinder |
| RU2662033C1 (en) * | 2017-07-11 | 2018-07-23 | Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Two-spectral optical system |
| RU2700033C2 (en) * | 2018-01-22 | 2019-09-12 | Публичное акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Double-spectral optical system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014116766A (en) | 2015-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109661594B (en) | Medium Range Optical Systems for Remote Sensing Receivers | |
| CN106443643B (en) | Optical axis monitoring method and device for high-precision active and passive detection systems | |
| US8599482B2 (en) | Telescopic sight | |
| CN203773047U (en) | Optical system where laser ranging and aiming shares light path | |
| US20230359054A1 (en) | Transmitting-receiving coaxial laser ranging device and optical module | |
| KR101604556B1 (en) | Dot-sighting device with beam splitter | |
| JP6539886B2 (en) | Image reversing prism | |
| CN109765685B (en) | Double-view-field transmission type multi-sensor single-aperture optical system | |
| RU2581763C2 (en) | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) | |
| US20240385426A1 (en) | Erect image system and laser ranging binoculars | |
| RU2615162C1 (en) | Four-mirror-lens optical system | |
| KR20230151491A (en) | Miniaturized single-cylinder telescope laser range finder | |
| CN102520510B (en) | Hand-held double-mode wireless laser communication optical transceiver aiming reception apparatus | |
| CN111694144A (en) | Binocular laser coaxial range finding telescope | |
| RU2572463C1 (en) | Optical laser range-finder sight | |
| TWI546567B (en) | Range finder using binoculars | |
| RU2617173C2 (en) | Three-channel mirror-lens optical system | |
| RU2655051C1 (en) | Optical system of the observation device | |
| RU2556295C1 (en) | Double-channel catadioptric lens | |
| RU2554599C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU2664380C1 (en) | Optical system of a single-lens thermal imaging sight with an integrated laser rangefinder | |
| RU2521249C1 (en) | Reflecting autocollimating spectrometer | |
| RU2646436C2 (en) | Single-pupilary multispectral optical system with built-in laser ranger | |
| RU2700033C2 (en) | Double-spectral optical system | |
| CN108369347B (en) | Beam shaping unit, distance measuring device and laser lighting device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20151124 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20151214 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160612 |