专利名称：主动式激光组合观测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主动式人工光源观测系统，特别涉及一种主动式激光组合观测系统，属于光信息、光电成像技术领域。
背景技术：
现有的ZL00263526.7，96243593.7，97240971.8等阐述的夜视装置的人工光源为红外发光二极管，这种光源的电—光效率低。如500mw的红外发光二极管用于夜视观测时的有效照射距离约为20m，而500mw的激光发射器用于夜视观测时的有效照射距离约为800m。红外发光二极管类夜视装置的最大有效夜视观测距离为1000m，而激光发射器类夜视装置的最大有效夜视观测距离为100Km。此外，与激光发射器类夜视装置相比，红外发光二极管类夜视装置成本高、体积大，其耗电和体积使此类夜视装置难以小型化和移动使用。亦不能在浓雾浓雨浓雪、浓烟浓尘的环境条件下有效使用。ZL00220524.6等是使用像增强器的夜视装置，没有人工光源，必须在有微弱光线环境下使用，而在接近全黑环境下、即光照度在低于2×10-4LX环境下的黑体空间时无法观测。浓雾、浓雨、浓雪、浓烟、浓尘等环境条件对此类有像增强器但没有人工光源的的夜视装置的观测效果有不利影响，但观测效果强于红外发光二极管类夜视装置。本发明在关闭激光发射器时的工作状态和观测效果等同于此类有像增强器但没有人工光源的夜视装置。
发明内容
本发明目的，是提供一种观测距离范围从1.5米～100公里之间的，除浓雾、浓雨、浓雪、浓烟、浓尘以外能见度良好的，白昼至有微弱光夜间直至全黑环境即光照度2×10-11LX的黑体空间环境下，可进行直接目视观测、胶片拍照或电子摄录的组合观测系统——主动式激光组合观测系统。
本发明的技术方案如下。
本发明的主要技术构思像增强器在图像的对应点输出的可见光光子比输入的光子多，使图像亮度增益，将不清晰的图像提升为清晰的图像；但在输入的光子数量低于像增强器的有效工作极限时，即观测目标的亮度过低例如趋近于全黑(光照度2×10-4LX～2×10-11LX)的空间环境下，像增强器即不能够有效工作。而激光发射器发射激光的单色性好、可选波长范围宽、所使用的波长范围窄、亮度高、相干性好、方向性好、可通过光学手段将激光束聚焦或发散；具有电—光效率高、高功率的特性，系统可使用轻便电源进行移动观测，可以扩大观测范围和观测距离；本发明观测距离涵盖1.5米～100公里的远近范围，是可以在除浓雾、浓雨、浓雪、浓烟、浓尘以外的能见度良好的白昼至有微弱光夜间直至黑体空间环境下，进行直接目视观测、胶片拍照或电子摄录的组合观测系统；该组合观测系统组成了一个功能完整的光学观测、亮度增益、图像信号转换、传输和存储的系统；因此以激光发射器作为像增强器的主动式人工光源是当前技术条件下的合理选择。
本发明还可作为其它有关装备的配套观测、拍照、摄录部件或配套瞄准部件。本发明与GPS系统整合使用，可用于确定被观测目标的方位尤其是用于在夜间确定被观测目标的方位。
该组合观测系统的各种规格的激光发射器发射的激光波长在808nm～0.01mm之间，其具体数值的确定应在所选择的具体像增强器接受波长所容许的极限范围内；可根据对雾、雨、雪、烟、尘的穿透性或观测方的隐蔽性要求选择所需要的不同的激光色谱。该组合观测系统各种规格的激光发射器发射的功率范围在2mw～10w之间，其具体数值根据不同观测距离和范围的需要选择、确定；该组合观测系统各种规格的激光发射器发射的激光发散角为0.2msr(毫球面度)～5msr，在附加不同规格的光学耦合器后可以达到0.2msr～110sr(球面度)之间某1范围的激光发散角。根据系统夜间使用需要，可射出发散激光也可对特定范围或目标聚焦，发散激光有利于扩大观测面积，聚焦或接近于聚焦的激光有利于提高光斑区域被观测对象的激光照射亮度，从而提高观测清晰度。
该组合观测系统的激光发射器可以与该组合观测系统为一个整体，也可以独立于该组合观测系统的其它部分之外。在激光发射器独立于该组合观测系统的其它部分之外时，工作状态中的激光发射器的位置相对于系统的其它部分的位置可以是相对固定的，也可以是运动着的。例如在适当的标高位置设置1个或多个独立的激光发射器，由位于其它位置的固定的或移动的观测者使用该组合观测系统进行观测并遥控激光发射器的启闭、旋转俯仰扫描、激光束的发散或聚焦；或者将激光发射器由微型无人驾驶飞机拖曳于空中或悬挂于降落伞对观测目标进行照射，由其它位置的固定的或移动的观测者使用该组合观测系统进行观测、并可以选择是否由观测者遥控激光发射器的启闭、旋转俯仰扫描、激光束的发散或聚焦。
根据观测距离和分辨率的不同要求，各种规格的该组合观测系统可选用“1代”以上的不同等级的像增强器，不同等级、规格的像增强器可以获得不同强度的亮度增益。在全黑环境下、即光照度2×10-11LX的黑体空间，如选用“2.5代”像增强器，物镜在像增强器阴极面投射成像，像增强器将获取的影像亮度提高到2LX或以上，即亮度增益约达到6000倍，可以达到≮0.72LP/m rad(毫弧度)的分辨率。
该组合观测系统中的物镜目镜光学系统的性能、规格的诸参数如放大倍率、镜片直径、镜片通光口径、视场角、视界、焦距、镜片材质、透镜种类、胶合镜片组的组数和片数、分离镜片的片数、总单个镜片数、透镜镀膜种类和镀膜层数、透镜透光率、透镜中心分辨率、目镜出瞳直径、目镜出瞳距离等。以上物镜、目镜系统各光学性能、规格参数诸元的组合是高度可选的、各种可选的组合种类极其繁多。相关专业的工程师根据以下约束条件中的具体要求将能够准确地给出某种规格的本发明物镜、目镜系统具体的性能、规格参数。与本发明物镜目镜系统诸技术方案有关性能、规格参数选择的约束条件(1)选用的光学系统的类型不同时有关物镜、目镜系统的性能、规格参数不同；(2)在该组合观测系统光学系统的类型确定以后，上述各有关物镜、目镜系统性能、规格参数受该组合观测系统整体光学系统所规定的各参数间互相关系的约束；(3)受特定使用要求的约束，即上述各有关物镜、目镜系统性能、规格参数必须满足特定观测距离规格的该组合观测系统的目视观测、胶片拍照、电子摄录等具体用途决定的对光学望远系统的特定要求；(4)上述各有关物镜、目镜系统性能、规格参数必须满足物镜组、像增强器、目镜组、激光发射器、胶片拍摄器材或电子摄录器材的相关光学性能、规格参数衔接配套的要求；(5)上述各有关物镜、目镜系统性能、规格参数必须符合以上3类该组合观测系统因不同的具体使用目的而对于该组合观测系统的形状、体积、重量、持握、装固支撑、移动、旋转俯仰扫描、分解组合、控制操作、维护维修、使用环境、使用条件等方面的有关不同要求；(6)符合使用单位的经济性要求。
该主动式激光组合观测系统的结构组成按其用途分为三类目测、瞄准具类主动式激光组合观测系统；光化学存储类主动式激光组合观测系统；磁存储、电存储、光刻光蚀存储类主动式激光组合观测系统。目测、瞄准具类主动式激光组合观测系统由激光发射器、物镜组、像增强器、目镜组、成像接口、供电盒组成。光化学存储类主动式激光组合观测系统由激光发射器、物镜组、像增强器、胶片拍照或摄影器材、成像接口、供电盒组成。磁存储、电存储、光刻光蚀存储类主动式激光组合观测系统由激光发射器、物镜组、像增强器、电子摄录像器材、成像接口、供电盒组成。实际应用中，该组合观测系统可以作为以上三类独立系列，每个系列包含对应不同观测距离的各种规格的产品；也可以在一种观测距离确定的规格产品上实现上述三类用途，即通过成像接口的拆、装实现不同部件、器材的互换，达到选择目视观测、或胶片拍照、或电子拍照的不同用途的目的。
该主动式激光组合观测系统的结构组成按其观测距离可分为多种规格的产品，例如针对不同观测距离在1.5米～100公里之间可有1.5米、150米、250米、350米、500米、800米、1000米、3000米、5000米、15公里、20公里、40公里、60公里、100公里等不同的规格的产品。该组合观测系统某1种类别、某1种规格的成像接口的数量可以是单个或者是多个；该组合观测系统成像接口以金属材质或复合类材质制造；该组合观测系统各类别、各规格的的成像接口的结构形式可以分为两类一类为该组合观测系统两种部件相连接的单纯接口形式，例如单纯的PK卡口元件；二类为不仅将该组合观测系统不同部件相连接，而且在成像接口内腔固定装有该组合观测系统的某种部件，如像增强器等。该组合观测系统的成像接口实现该组合观测系统的不同部件即物镜组件、像增强器、目镜组件、相关拍照、摄录装置等的物理连接，例如采用PK卡口连接；该组合观测系统的成像接口实现该组合观测系统各相关部件的光学同轴和光学轴向间距；当成像接口将该组合观测系统有关部件的直连电源电路或直连控制电路隔开时，该成像接口具有将被隔开的电源电路或控制电路的两端相衔接并且不因此影响该组合观测系统光学性能的设计。
该组合观测系统各种规格均配有可充电电池组件；并配AC/DC、DC/DC专用电源组件，可与外部的交、直流电源插口、如220V交流电源或车、船、飞机等移动装备的交直流电源连接使用。
本发明的有益效果是该组合观测系统可在除浓雾、浓雨、浓雪、浓烟、浓尘以外的白昼至有微弱光夜间直至全黑环境下(即2×10-11LX的黑体空间)获取清晰的观测图象；该组合观测系统针对1.5米～100公里之间不同观测距离有多个不同规格；该组合观测系统可直接目视观测，可胶片拍照或电子摄录，也可以作为有关装备的配套摄录部件或配套瞄准部件；本发明与GPS系统整合使用，可用于确定被观测目标的方位尤其是用于在夜间确定被观测目标的方位。该组合观测系统供电盒配有可充电电池组件；并配有AC/DC、DC/DC专用电源组件，可与外部的交、直流电源插口连接使用。
本发明还可作为其它有关装备的配套观测、拍照、摄录部件或配套瞄准部件。本发明与GPS系统整合使用，可用于确定被观测目标的方位尤其是用于在夜间确定被观测目标的方位。
本发明为各种严重灾害、灾难事件例如海难的搜救、救援，为应对其它有关严重突发事件，为安全、警卫，搜捕、打击罪犯敌特，提供一种有效的特种观测、拍照、摄录系统。本发明目的是提供一种应用于检察系统、司法系统、监察系统、金融系统、海上救援系统、矿井救援系统、铁路和公路救援系统、其它灾害救援系统和各种敏感要害部位及单位，以及海关缉私系统、公安刑侦系统、公安缉毒系统、国家安全系统、武警边防和内卫系统、军队各相关兵种系统等广泛领域应用的特种观测、拍照、摄录装备。
图1为磁存储、电存储、光刻光蚀存储类主动式激光组合观测系统的外形图；图2为目视类、瞄准具类主动式激光组合观测系统的外形图。
具体实施方式
实施例1本实施例由激光发射器、物镜组、以及位于物镜组与电子摄像机之间的像增强器、成像接口、供电盒组成。如附图1所示。成像接口3，实现了物镜组与摄像机连接，联结方式为PK卡口；PK卡口位置如附图标记4所示；像增强器的位置在成像接口内腔。本实施例成像接口实现物镜组、像增强器、摄像机的光学同轴和确定它们的轴向间距；当该组合观测系统中的物镜组件、像增强器等有关部件的被成像接口隔开时，本实施例的成像接口实现电源电路、控制电路的衔接。
物镜组可变焦镜头组焦距17mm～28mm f/4～4.5；镜头口径φ72mm；物镜如附图标记1所示。
摄像机(CCD)如附图标记3所示，如1/3英寸内线传送方式；分辨率470电视线TYP；复合视频信号1V(P-P)，75Ω，非平衡式。
本实施例激光发射器功率为2mw；激光光源波长830nm；激光发散角为0.2msr～3msr。
像增强器本实施例选用“2.5代”像增强器。在等于或低于2×10-5LX的光照度条件下，物镜在像增强器阴极面投射成像，像增强器将获取的影像亮度提高到2LX或以上，像增强器将获取的影像亮度提高到即亮度增益约达到6000倍，可达到≮0.72LP/m rad(毫弧度)的分辨率，可达到对观测对象清晰、准确地辨别的要求。本实施像增强器置于成像接口内腔，在说明书附图1中看不到。
摄像机视频信号馈线如附图标记10所示；激光发射器和遥控可变焦物镜控制线如附图标记11所示；云台控制线如附图标记12所示；遥控云台如附图标记13所示。
供电盒AC/DC、DC/DC、3V～3.6V锂电池组。供电盒在说明书附图中未出现。
本实施例规格为观测距离为1.5m～100m。本实施例在白天、夜间、城市灯光或低照度条件、在阴天、无星光夜、月光条件下均可使用；使用温度-30℃～+50℃；存储温度-50℃～+65℃；该组合观测系统底部有标准云台螺孔。本实施例的性能、规格、体积、重量符合室外远程遥控监视摄录系统的工作要求。
实施例2本实施例属于目视类、瞄准具类主动式激光组合观测系统，简称“激光枪瞄”，是用于远射程猎枪或狙击步枪的专用瞄准装置，外形如图1所示。
本实施例由激光发射器、电池仓、物镜组、目镜组、像增强器、与枪体连接用的按装卡具组成。
附图标记2为激光发射器的发射头和调节旋钮，附图标记7为给激光发射器和像增强器供电的电池仓，与电池仓相连的圆柱体的后端部即附图标记8的位置为激光发射器和像增强器的两个按键式电源开关，附图标记1为物镜组，附图标记4为成像接口外壳，成像接口壳体与物镜组壳体以螺纹连接，成像接口实现物镜组、像增强器、目镜组的物理连接、光学同轴和光学轴向间距；成像接口壳体内靠近端部为目镜组，成像接口壳体内位于目镜组物镜组之间的位置为像增强器，附图标记9为与枪体连接用的按装卡具。
激光发射器本实施例的激光发射器的功率为50mw；其激光发射器发射的激光光源波长830nm；激光发散角为0.2msr(毫球面度)～3msr。
像增强器本实施例选用“超2代”像增强器，在等于或小于2×10-5LX的光照度条件下，物镜在像增强器阴极面投射成像，像增强器将获取的影像亮度提高到2LX或以上，像增强器将获取的影像亮度提高到即亮度增益约达到6000倍，可达到≮0.72LP/m rad(毫弧度)的分辨率，可达到对观测对象清晰、准确地辨别的要求。
物镜组可变焦镜头组倍数为2.5倍～10倍；视场6.3～2.5°；镜头通光口径φ60mm。
目镜组当眼睛位于15mm的出瞳距离时屈光度为+2～-6。
电池3.6V充电锂电池组。
本实施例观测、瞄准距离为15m～500m，在城市的白天或夜间如灯光或低照度条件下、在野外的白天或夜间如无星光夜或月光条件下均可使用；使用温度-30℃～+50℃；存储温度-30℃～+60℃。
权利要求1.一种主动式激光组合观测系统，包括物镜组、物镜组、或相关的胶片拍照器材或电子摄录器材、像增强器、连接前述部件或器材的成像接口，以及激光发射器、供电盒组成，其特征在于通过成像接口将物镜组、目镜组或相关的胶片拍照器材或电子摄录器材，和位于它们两者之间的像增强器相连接，并与激光发射器、供电盒连接形成主动式激光组合观测系统。
2.根据权利要求1所述的主动式激光组合观测系统，其特征在于所述的物镜组、像增强器、目镜组或胶片拍照器材或电子摄录器材的相关部件、器材本身设有能够与系统中的其它相邻部件、器材的接口相对接的成像接口；或者成像接口是独立的元件，其两端分别与其它相关部件、器材的接口相连接。
3.根据权利要求1所述的主动式激光组合观测系统的成像接口，其特征在于所述的成像接口可以是仅将两种部件、器材相连接的接口，例如PK卡口；或者不仅是将该观测系统的不同部件、器材相连接，且在成像接口元件的内腔固定装有该组合观测系统的某种部件、器材，如像增强器。
4.根据权利要求1所述的主动式激光组合观测系统的成像接口，其特征在于是以成像接口的对接实现该组合观测系统所需的物镜组、像增强器、目镜组或相关的胶片拍照器材或电子摄录器材相关部件、器材的光学同轴，以及实现该组合观测系统所需的相关部件、器材之间的光学轴向间距。
5.根据权利要求1所述的主动式激光组合观测系统的成像接口，其特征在于当成像接口将该组合观测系统的有关部件、器材的直连电源电路或直连控制电路隔开时，该成像接口具有将被隔开的电源电路或控制电路的两端相衔接的功能。
专利摘要一种包括物镜组，目镜组或相关的胶片拍照器材或电子摄录器材，像增强器，连接前述部件或设备的成像接口，以及激光发射器，供电盒的主动式激光组合观测系统；该组合系统可在除浓雾、浓烟、浓尘之外的任何不同光照度的环境下对1.5米～100公里距离内，对观测目标进行目视观测、胶片拍照或电子摄录。
文档编号H01S3/00GK2702329SQ0326541
公开日2005年5月25日 申请日期2003年6月10日 优先权日2003年6月10日
发明者徐小宁, 周孝安, 杨晓山 申请人:徐小宁