RU2717744C1

RU2717744C1 - Round-the-clock and all-weather sighting system

Info

Publication number: RU2717744C1
Application number: RU2019117578A
Authority: RU
Inventors: Павел Дмитриевич Гиндин; Яков Владимирович Гицилевич; Виктор Генрихович Волков; Владимир Владимирович Карпов
Original assignee: Акционерное общество "Московский завод "САПФИР"
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-03-25

Abstract

FIELD: optics.

SUBSTANCE: present invention relates to the field of optoelectronic surveillance and aiming devices. Said technical result is achieved due to the fact that the aiming system comprises an observation unit consisting of a lens, an electro-optical converter and an eyepiece successively mounted on the optical axis, and a target designation unit consisting of a radiation forming lens focused on a laser semiconductor emitter connected to the pumping unit. At that, in observation unit there additionally introduced in series are installed on optical axis infrared lens, thermal imaging module, first lens component of transfer optics, flat mirror, second lens component of transfer optics, cube-prism with dichroic hypotenuse face, installed between screen of electro-optical converter and eyepiece, the eyepiece is focused through the cube-prism on the screen of the electro-optical transducer and on the image plane of the second lens component of the transmission optics, wherein the thermal imaging module comprises in series electrically coupled to each other a microbolometer array, an electronic signal processing and conversion unit and an OLED display, and the target designation unit further comprises a dichroic mirror installed between the radiation generation lens and the laser semiconductor emitter which is optically coupled with the additionally introduced second laser semiconductor emitter, and further comprises a second radiation generation lens focused on an additionally introduced third laser semiconductor emitter, wherein inputs of all three laser semiconductor emitters are electrically connected through an additionally introduced three-position switch to the output of the pumping unit.

EFFECT: round-the-clock and all-weather operation.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технике оптико-электронных приборов, в частности, к приборам наблюдения и прицеливания, всепогодного и круглосуточного действия.The present invention relates to techniques for optoelectronic devices, in particular, to devices for observation and aiming, all-weather and around-the-clock action.

Известен лазерный целеуказатель (ЛЦ), монтируемый на легком стрелковом оружии (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009, 840 с, с. 320-321, рис. 4.5.2-4.5.7). ЛЦ состоит из объектива формирования излучения, сфокусированного на лазерный полупроводниковый излучатель (ЛПИ), подключенный к блоку накачки. ЛПИ работает на длине волны 0,53 мкм или 0,63 мкм (в красной или в зеленой области спектра соответственно). ЛЦ установлен на легком стрелковом оружии так, чтобы его ось была направлена в ту же сторону, что и ось оружия, так что пятно подсвета ЛЦ совпадало с попаданием пули. Для стрельбы с использованием ЛЦ не нужно прицеливаться традиционным способом - достаточно придать оружию положение, при котором пятно подсвета от ЛЦ совпадает с целью - и можно открывать огонь. Это позволяет вести прицельный огонь из любого положения оружия, в том числе при стрельбе с ходу и при десантировании. Недостатком устройства является невозможность его работы ночью и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.).The well-known laser target designator (LC) mounted on small arms (see Geykhman I.L., Volkov V.G. Vision and security. M.: News, 2009, 840 s, pp. 320-321, Fig. 4.5. 2-4.5.7). The LC consists of a lens for generating radiation focused on a laser semiconductor emitter (LPI) connected to a pump unit. LPI operates at a wavelength of 0.53 μm or 0.63 μm (in the red or green region of the spectrum, respectively). The LC is mounted on small arms so that its axis is directed in the same direction as the axis of the weapon, so that the spot of illumination of the LC coincides with a bullet. For firing using the LC, you do not need to aim in the traditional way - just give the weapon a position in which the spot of illumination from the LC coincides with the target - and you can open fire. This allows targeted fire from any position of the weapon, including when firing on the move and when landing. The disadvantage of this device is the impossibility of its operation at night and with reduced transparency of the atmosphere (haze, fog, rain, snowfall, etc.).

Известен принятый за прототип универсальный ночной прицельный комплекс «Альфа-1962» (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М: Новости, 2009, 840 с., с. 321, рис. 4.5.13). Комплекс состоит из блока целеуказания - инфракрасного (ИК) ЛЦ и блока наблюдения - ночного монокуляра (НМ). ИК ЛЦ состоит из объектива формирования излучения, сфокусированного на ЛПИ, подключенный к блоку накачки и излучающий на длине волны 0,85 мкм. Блок целеуказания монтируется на легком стрелковом оружии. Блок наблюдения состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и окуляра. Недостатком комплекса является его невозможность работать днем и при пониженной прозрачности атмосферы.The well-known universal night sighting system "Alpha-1962" adopted for the prototype is known (see Geykhman I.L., Volkov V.G. Vision and security. M: News, 2009, 840 p., P. 321, Fig. 4.5.13 ) The complex consists of a target designation unit - infrared (IR) LC and an observation unit - a night monocular (NM). IR LC consists of a lens for the formation of radiation focused on the laser beam, connected to a pump unit and emitting at a wavelength of 0.85 μm. The target designation unit is mounted on small arms. The observation unit consists of sequentially mounted on the optical axis of the lens, an electron-optical converter (EOC) and an eyepiece. The disadvantage of the complex is its inability to work during the day and with reduced transparency of the atmosphere.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение круглосуточной и всепогодной работы.The problem solved by the invention is the provision of round-the-clock and all-weather work.

Указанный технический результат достигается тем, что прицельный комплекс, содержащий блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, ЭОП и окуляра, а также блок целеуказания, состоящий из объектива формирования излучения, сфокусированного на ЛПИ, подключенный к блоку накачки, в блок наблюдения дополнительно введены последовательно установленные на оптической оси инфракрасный объектив, тепловизионный модуль, первый линзовый компонент оптики переноса, плоское зеркало, второй линзовый компонент оптики переноса, куб-призма с дихроичной гипотенузной гранью, установленная между экраном ЭОП и окуляром, при этом окуляр сфокусирован через куб-призму на экран ЭОП и на плоскость изображения второго линзового компонента оптики переноса, причем тепловизионный модуль содержит последовательно электрически сопряженные друг с другом матрицу микроболометров, электронный блок обработки и преобразования сигналов и OLED дисплей, а блок целеуказания дополнительно содержит установленное между объективом формирования излучения и ЛПИ дихроичное зеркало, оптически сопряженное с дополнительно введенным вторым ЛПИ, а также дополнительно содержит второй объектив формирования излучения, сфокусированный на дополнительно введенный третий ЛПИ, причем входы всех трех ЛПИ электрически соединены через дополнительно введенный трехпозиционный переключатель с выходом блока накачки.The indicated technical result is achieved in that the sighting system comprising a surveillance unit consisting of a lens, an image intensifier tube, and an eyepiece sequentially mounted on the optical axis, as well as a target designation unit consisting of a radiation generating lens focused on the laser beam, connected to the pump unit, to the observation unit in addition, an infrared lens, a thermal imaging module, a first lens component of transfer optics, a flat mirror, and a second lens component are sequentially mounted on the optical axis transfer optics, a cube-prism with a dichroic hypotenuse face mounted between the image intensifier screen and the eyepiece, the eyepiece being focused through the cube-prism on the image intensifier screen and on the image plane of the second lens component of the transfer optics, the thermal imaging module containing a matrix sequentially electrically coupled to each other microbolometers, an electronic signal processing and conversion unit and an OLED display, and the target designation unit further comprises a dichroic device mounted between the radiation generating lens and the laser beam detector mirror optically conjugate with additionally introduced second LPI, and further comprising a second lens forming the radiation focused on the third LPI additionally introduced, the inputs of all three LPI electrically connected via three-position switch is further inputted with the output of the pump unit.

Благодаря этому возможна работа комплекса днем при нормальной прозрачности атмосферы за счет подсвета цели излучением блока целеуказания на длине волны 0,53 мкм или 0,63 мкм при неработающем блоке наблюдения, ночью при нормальной прозрачности атмосферы при подсвете излучением блоком целеуказателем блока на длине волны 0,85 мкм при работающем ЭОП блока наблюдения, а также круглосуточно при пониженной прозрачности атмосферы за счет подсвета цели излучением блока целеуказания на длине волны 10,3 мкм при работе тепловизионного модуля блока наблюдения.Due to this, the complex can operate during the day with normal atmospheric transparency due to target illumination by radiation from the target designation unit at a wavelength of 0.53 microns or 0.63 microns with an idle observation unit, at night with normal atmospheric transparency when radiation is illuminated by the target designator unit at a wavelength of 0, 85 microns with the working image intensifier of the observation unit, as well as around the clock with reduced atmospheric transparency due to target illumination by radiation of the target designation unit at a wavelength of 10.3 microns when the thermal imaging module of the unit judinia.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг. 1, на котором изображена схема комплекса. Устройство содержит блок наблюдения 1. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива 2, ЭОП 3, куб-призмы 4 с дихроичной диагональной гранью и окуляра 5. В состав блока наблюдения 1 входят также последовательно установленные на оптической оси инфракрасный (ИК) объектив 6, тепловизионный модуль 7, содержащий последовательно электрически сопряженные матрицу микроболометров 8, электронный блок преобразования и обработки сигналов 9, OLED дисплей 10, первый линзовый компонент 11 оптики переноса, плоское зеркало 12, второй линзовый компонент 13 оптики переноса. При этом окуляр 5 через куб-призму 4 сфокусирован на экран ЭОП 3 и на плоскость изображения второго линзового компонента 13 оптики переноса. Блок целеуказания 14 содержит первый объектив формирования излучения 15, оптически сопряженный через дихроичное зеркало 16 с первым ЛПИ 17. Дихроичное зеркало 16 оптически сопряжено также со вторым ЛПИ 18. В состав блока целеуказания 14 входит также второй объектив формирования излучения 19, сфокусированный на третий ЛПИ 20. Входы всех трех ЛПИ 17, 18 и 20 электрически сопряжены через трехпозиционный переключатель 21 с блоком накачки 22.The invention is illustrated by the drawing of FIG. 1, which shows a diagram of the complex. The device contains a monitoring unit 1. It consists of a series-mounted on the optical axis of the lens 2, image intensifier 3, a cube-prism 4 with a dichroic diagonal face and an eyepiece 5. The structure of the monitoring unit 1 also includes an infrared (IR) lens 6 sequentially mounted on the optical axis , a thermal imaging module 7, comprising sequentially electrically coupled a matrix of microbolometers 8, an electronic signal conversion and processing unit 9, an OLED display 10, a first lens component 11 of the transfer optics, a flat mirror 12, a second lens Marketing component 13 of the transfer optics. In this case, the eyepiece 5 through the cube-prism 4 is focused on the screen of the image intensifier tube 3 and on the image plane of the second lens component 13 of the transfer optics. The target designation unit 14 comprises a first radiation generating lens 15 optically coupled through a dichroic mirror 16 to the first LPI 17. The dichroic mirror 16 is also optically coupled to the second LPI 18. The target designation unit 14 also includes a second radiation generation lens 19 focused on the third LPI 20 The inputs of all three LPIs 17, 18, and 20 are electrically coupled through a three-position switch 21 with a pump unit 22.

Первый ЛПИ 17 излучает на длине волны 0,53 мкм или 0,63 мкм. Второй ЛПИ 18 излучает на длине волны 0,85 мкм. Третий ЛПИ 20 излучает на длине волны 10,3 мкм. Дихроичное зеркало 16 пропускает излучение на длинах волн 0,53 мкм и 0,63 мкм и отражает излучение на длине волны 0,85 мкм. Фотокатод ЭОП 3 обладает чувствительностью в области спектра 0,4 - 0,9 мкм, а матрица микроболометров 8 - в области спектра 8-12 мкм. Экран ЭОП 3 излучает в области спектра 0,53 - 0,56 мкм, а экран OLED дисплея 10 - в области спектра 0,38 - 0,78 мкм. Соответственно дихроичное покрытие диагональной грани куб-призмы 4 пропускает излучение в области спектра 0,53 - 0,56 мкм и отражает излучение в остальной части видимой области спектра 0,38 - 0,78 мкм.The first LPI 17 emits at a wavelength of 0.53 μm or 0.63 μm. The second LPI 18 emits at a wavelength of 0.85 microns. The third LPI 20 emits at a wavelength of 10.3 microns. The dichroic mirror 16 transmits radiation at wavelengths of 0.53 μm and 0.63 μm and reflects radiation at a wavelength of 0.85 μm. The photocathode of the image intensifier tube 3 has a sensitivity in the spectral region of 0.4 - 0.9 μm, and the array of microbolometers 8 - in the spectrum region of 8-12 microns. The screen of the image intensifier tube 3 emits in the spectral region of 0.53 - 0.56 microns, and the OLED screen of the display 10 - in the spectral region of 0.38 - 0.78 microns. Accordingly, the dichroic coating of the diagonal face of the cube-prism 4 transmits radiation in the spectral region of 0.53 - 0.56 μm and reflects the radiation in the rest of the visible region of the spectrum of 0.38 - 0.78 μm.

Прицельный комплекс работает следующим образом. При работе днем в условиях нормальной прозрачности атмосферы блок наблюдения 1 отключен. При этом трехпозиционный переключатель 21 замыкает контакт входа первого ЛПИ 17. Блок накачки 22 запускает ЛПИ 17. Он генерирует излучение на длине волны 0,53 мкм или 0,63 мкм. Это излучение проходит через дихроичное зеркало 16 и коллимируется первым объективом формирования излучения 15, создавая точечное пятно подсвета. Оператор, наблюдая пятно невооруженным глазом, придает такое положение оружию, на котором установлен блок целеуказания 14, чтобы точечное пятно подсвета оказалось на цели - и можно открывать огонь.The sighting system works as follows. When working during the day under normal atmospheric transparency, observation unit 1 is turned off. In this case, the three-position switch 21 closes the input contact of the first LPI 17. The pumping unit 22 starts the LPI 17. It generates radiation at a wavelength of 0.53 μm or 0.63 μm. This radiation passes through a dichroic mirror 16 and is collimated by the first radiation forming lens 15, creating a dot spot of illumination. The operator, observing the spot with the naked eye, gives such a position to the weapon on which the target designation unit 14 is mounted so that the spot spot of illumination is on the target - and you can open fire.

При работе ночью в условиях нормальной прозрачности атмосферы и достаточно высоком (нормированном) уровне естественной ночной освещенности (ЕНО) включается ЭОП 3 блока наблюдения 1. При этом трехпозиционный переключатель 21 замыкает контакт входа второго ЛПИ 18. Это излучение отражается от дихроичного зеркала 16 и коллимируется первым объективом формирования излучения 15, создавая точечное пятно подсвета. Объектив 2 создает изображение цели и окружающего ее фона, а также пятна подсвета на фотокатоде ЭОП 3. Он преобразует излучение в видимое и усиливает его по яркости. При этом излучение с экрана ЭОП 3 проходит через куб-призму 4, а оператор наблюдает изображение с экрана ЭОП 3 через окуляр 5. Оператор, наблюдая изображение точечного пятна подсвета и цели, придает такое положение оружию, на котором установлен блок целеуказания 14, чтобы точечное пятно подсвета оказалось на цели - и можно открывать огонь.When working at night in conditions of normal atmospheric transparency and a sufficiently high (normalized) level of natural night illumination (EHR), the image intensifier tube 3 of observation unit 1 is turned on. In this case, the three-position switch 21 closes the input contact of the second LPI 18. This radiation is reflected from the dichroic mirror 16 and collimated first the radiation forming lens 15, creating a spot spot of illumination. Lens 2 creates an image of the target and the background surrounding it, as well as the backlight spot on the photocathode of the image intensifier 3. It converts the radiation into visible light and amplifies it. In this case, the radiation from the screen of the image intensifier tube 3 passes through the cube-prism 4, and the operator observes the image from the screen of the image intensifier 3 through the eyepiece 5. The operator, observing the image of the spot spot of illumination and the target, gives such a position to the weapon on which the target designation unit 14 is installed so that a spot of illumination was on the target - and you can open fire.

При работе днем и ночью при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также при пониженном уровне ЕНО (ниже нормируемого вплоть до полной темноты) ЭОП 3 выключается, а включается тепловизионный модуль 7 блока наблюдения 1. При этом трехпозиционный переключатель 21 замыкает контакт входа третьего ЛПИ 20 (квантово-каскадного лазера). Он генерирует излучение на длине волны 10,3 мкм. Второй объектив формирования излучения 19 коллимирует это излучение, создавая точечное пятно подсвета. ИК объектив 6 создает тепловое изображение цели, окружающего ее фона, а также пятна подсвета на матрице микроболометров 8 теплвизионного модуля 7. Матрица 8 преобразует тепловое излучение в электрический сигнал. Он преобразуется, усиливается и обрабатывается в электронном блоке преобразования и обработки сигналов 9. Сигнал с выхода блока 9 передается в OLED дисплей 10, на экране которого создается видимое изображение. Оно с помощью первого линзового компонента оптики переноса 11, плоского зеркала 12 и второго линзового компонента оптики переноса 13 передается в куб-призму 4, отражается от ее гипотенузной грани и передается в окуляр 5. Через него оператор наблюдает изображение с экрана OLED дисплея 10. Оператор, наблюдая изображение точечного пятна подсвета и цели, придает такое положение оружию, на котором установлен блок целеуказания 14, чтобы точечное пятно подсвета оказалось на цели - и можно открывать огонь.When working day and night with reduced transparency of the atmosphere (haze, fog, rain, snow, etc.), as well as with a reduced level of EHP (below normalized until complete darkness), the image intensifier 3 turns off and the thermal imaging module 7 of observation unit 1 turns on. this three-position switch 21 closes the input contact of the third LPI 20 (quantum cascade laser). It generates radiation at a wavelength of 10.3 microns. The second radiation generating lens 19 collimates this radiation, creating a spot spot of illumination. IR lens 6 creates a thermal image of the target, the background surrounding it, as well as the backlight spots on the matrix of microbolometers 8 of the thermal imaging module 7. The matrix 8 converts the thermal radiation into an electrical signal. It is converted, amplified and processed in the electronic unit for converting and processing signals 9. The signal from the output of block 9 is transmitted to the OLED display 10, on the screen of which a visible image is created. Using the first lens component of the transfer optics 11, the flat mirror 12, and the second lens component of the transfer optics 13, it is transmitted to the cube-prism 4, reflected from its hypotenuse face, and transmitted to the eyepiece 5. Through it, the operator observes the image from the OLED display screen 10. The operator , observing the image of the spot spot of illumination and the target, gives such a position to the weapon on which the target designation unit 14 is mounted so that the spot spot of illumination is on the target - and you can open fire.

ИК излучение в области спектра 8-12 мкм хорошо проходит сквозь дымку, туман, дождь, снегопад и дым. Благодаря этому можно вести наблюдение при пониженной прозрачности атмосферы. Кроме того, ИК излучение не зависит от уровня ЕНО, поэтому может быть использовано для наблюдения днем и ночью вплоть до полной темноты. Однако тепловизионный модуль 7 создает изображение с более низким качеством, чем при наблюдении с экрана ЭОП 3 и тем более невооруженным глазом. Поэтому при нормальных условиях днем лучше работать невооруженным глазом, а ночью - через ЭОПЗ.IR radiation in the spectral region of 8-12 microns passes well through haze, fog, rain, snowfall and smoke. Due to this, it is possible to conduct observations with reduced transparency of the atmosphere. In addition, IR radiation does not depend on the level of EHO, therefore, it can be used for observation day and night until complete darkness. However, the thermal imaging module 7 creates an image with lower quality than when observed from the screen of the image intensifier tube 3 and even more so with the naked eye. Therefore, under normal conditions, it is better to work with the naked eye during the day, and through the EOPZ at night.

В настоящее время выполнена разработка принципиальной схемы устройства прицельного комплекса и осуществлено ее макетирование.Currently, the development of a schematic diagram of the device sighting system and its prototyping.

Таким образом, за счет дополнительного введения в блок наблюдения последовательно установленных на оптической оси инфракрасного объектива, тепловизионного модуля, первого линзового компонента оптики переноса, плоского зеркала, второго линзового компонента оптики переноса, куб-призмы с дихроичной гипотенузной гранью, установленной между экраном ЭОП и окуляром, при этом окуляр сфокусирован через куб-призму на экран ЭОП и на плоскость изображения второго линзового компонента оптики переноса, причем тепловизионный модуль содержит последовательно электрически сопряженные друг с другом матрицу микроболометров, электронный блок обработки и преобразования сигналов и OLED дисплей, а в блок целеуказания дополнительно введен второй объектив формирования излучения, сфокусированный на дополнительно введенный третий ЛПИ, причем входы всех трех ЛПИ электрически соединены через дополнительно введенный трехпозиционный переключатель с выходом блока накачки, обеспечивается круглосуточная и всепогодная работа прицельного комплекса.Thus, due to the additional introduction of an infrared lens, a thermal imaging module, a first lens component of transfer optics, a flat mirror, a second lens component of transfer optics, a cube-prism with a dichroic hypotenuse face mounted between the image intensifier tube and the eyepiece, into the observation unit wherein the eyepiece is focused through the cube-prism onto the image intensifier tube and onto the image plane of the second lens component of the transfer optics, and the thermal imaging module contains after a series of microbolometers, an electronic signal processing and conversion unit and an OLED display, which are electrically interconnected with each other, and a second radiation generating lens is added to the target designation unit, focused on an additionally introduced third laser input, the inputs of all three laser sensors are electrically connected via an additional three-position switch with the output of the pumping unit provides round-the-clock and all-weather operation of the aiming complex.

Claims

Прицельный комплекс, содержащий блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, электронно-оптического преобразователя и окуляра, а также блок целеуказания, состоящий из объектива формирования излучения, сфокусированного на лазерный полупроводниковый излучатель, подключенный к блоку накачки, отличающийся тем, что в блок наблюдения дополнительно введены последовательно установленные на оптической оси инфракрасный объектив, тепловизионный модуль, первый линзовый компонент оптики переноса, плоское зеркало, второй линзовый компонент оптики переноса, куб-призма с дихроичной гипотенузной гранью, установленная между экраном электронно-оптического преобразователя и окуляром, при этом окуляр сфокусирован через куб-призму на экран электронно-оптического преобразователя и на плоскость изображения второго линзового компонента оптики переноса, причем тепловизионный модуль содержит последовательно электрически сопряженные друг с другом матрицу микроболометров, электронный блок обработки и преобразования сигналов и OLED дисплей, а блок целеуказания дополнительно содержит установленное между объективом формирования излучения и лазерным полупроводниковым излучателем дихроичное зеркало, оптически сопряженное с дополнительно введенным вторым лазерным полупроводниковым излучателем, а также дополнительно содержит второй объектив формирования излучения, сфокусированный на дополнительно введенный третий лазерный полупроводниковый излучатель, причем входы всех трех лазерных полупроводниковых излучателей электрически соединены через дополнительно введенный трехпозиционный переключатель с выходом блока накачки.An aiming system comprising an observation unit, consisting of a series mounted on the optical axis of the lens, an electron-optical transducer and an eyepiece, as well as a target designation unit, consisting of a radiation generating lens focused on a laser semiconductor emitter connected to a pump unit, characterized in that the observation unit is additionally introduced an infrared lens sequentially mounted on the optical axis, a thermal imaging module, the first lens component of the transfer optics, pl A mirror, a second lens component of the transfer optics, a cube-prism with a dichroic hypotenuse face mounted between the screen of the electron-optical converter and the eyepiece, the eyepiece is focused through the cube-prism on the screen of the electron-optical converter and on the image plane of the second lens component of the transfer optics moreover, the thermal imaging module contains sequentially electrically coupled to each other a matrix of microbolometers, an electronic signal processing and conversion unit and an OLED display, and the target designation unit further comprises a dichroic mirror mounted between the radiation generating lens and the laser semiconductor emitter, optically coupled to the second laser semiconductor emitter additionally introduced, and further comprises a second radiation forming lens focused on an additionally introduced third laser semiconductor emitter, the inputs of all three laser semiconductor emitters are electrically connected through an additionally introduced t ehpozitsionny switch yield pumping unit.