EA000792B1

EA000792B1 - Infrared searchlight

Info

Publication number: EA000792B1
Application number: EA199800467A
Authority: EA
Inventors: Степан Трофимович Архутик; Владимир Евгеньевич Бирюлин; Константин Валерьевич Козлов; Григорий Иванович Поздняков; Елена Ивановна Зайцева
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2000-04-24
Also published as: EA199800467A1

Abstract

.1 An infrared searchlight comprising an source of IR radiation (1) with a glow body (2) on base of semiconductor laser and forming optical system, characterized in that the forming system further comprises a mirror component (8), screening the glow body (2) of semiconductor laser faced to the source of IR radiation (1), in this case the exit pupil of the forming optical system (10) is a secondary source of IR radiation. 2. The IR searchlight as claimed in claim 1, characterized in that at least one immersion lens is mounted on the face of the IR radiation. 3. The IR searchlight as claimed in claim 2, characterized in that at least one immersion lens is mounted on the drive allowing to remove the lens from the flux of radiation.

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке инфракрасных прожекторов (ИК-прожекторов) на основе высокоинтенсивных источников света с высокой направленностью излучения, предназначенных для обеспечения работы приборов ночного видения (ПНВ).The invention relates to an optical instrument and can be used in the development of infrared illuminators (IR illuminators) based on high-intensity light sources with high directivity of radiation, designed to ensure the operation of night vision devices (NVD).

Известен ИК-прожектор типа Л-4 [1], предназначенный для совместной работы с ПНВ, содержащий источник света, установленный в фокусе оптического отражателя, и инфракрасный фильтр (ИК-фильтр), установленный на выходе оптической системы.Known infrared illuminator type L-4 [1], designed to work with NVD, containing a light source installed in the focus of the optical reflector, and an infrared filter (IR filter) installed at the output of the optical system.

Осевая сила света прожектора со снятым ИК-фильтром составляет 30х10⁶ кд. Угловая расходимость луча на уровне 0,1 составляет 1°. Источником света является газоразрядная ксеноновая лампа мощностью 250 Вт. Так как лампа имеет практически сферическую диаграмму излучения, световой луч формируется параболическим зеркалом. Видимый свет поглощается ИК-фильтром, изготовленным из ИКС- стекла.The axial luminous intensity of the searchlight with the IR filter removed is 30x10 ⁶ cd. The angular divergence of the beam at a level of 0.1 is 1 °. The light source is a 250-watt xenon discharge lamp. Since the lamp has a practically spherical radiation pattern, the light beam is formed by a parabolic mirror. Visible light is absorbed by an IR filter made of IR-glass.

Недостатком данного прожектора является низкий КПД (менее 1%) и, как следствие, большое энергопотребление (500 Вт), большие масса и габариты, а также низкий ресурс лампы (20 25 ч).The disadvantage of this projector is low efficiency (less than 1%) and, as a result, large power consumption (500 W), large mass and dimensions, as well as low lamp life (20 to 25 hours).

Известен ИК-прожектор нового поколения ПЛ-1 [2], содержащий источник инфракрасного излучения с телом свечения и формирующую оптическую систему с согласованными апертурами, в котором в качестве источника света использован полупроводниковый инжекционный лазер ИЛПИ-114. Так как диаграмма излучения лазера узконаправлена (выходное излучение находится в угле 50°), то в качестве формирующей оптической системы использован однолинзовый параболический объектив.Known infrared illuminator new generation PL-1 [2], which contains a source of infrared radiation with a glowing body and forming an optical system with consistent apertures, in which the ILPI-114 semiconductor injection laser is used as the light source. Since the radiation pattern of the laser is focused (the output radiation is at an angle of 50 °), a single-lens parabolic lens was used as a forming optical system.

Прототип лишен вышеперечисленных недостатков аналога. Создавая аналогичную энергетическую освещенность прожектор ПЛ-1 потребляет мощность 30 Вт (50 Вт с включенной системой обогрева защитного стекла), имеет меньшие габариты и вес (до 6,5 кг), а средний ресурс работы составляет 250 ч.The prototype is devoid of the above disadvantages analogue. Creating a similar energy illumination, the PL-1 searchlight consumes 30 W of power (50 W with the protective glass heating system turned on), has smaller dimensions and weight (up to 6.5 kg), and an average service life is 250 hours.

В связи с тем, что в прожекторе ПЛ-1 в качестве источника света использован полупроводниковый инжекционный лазер, имеющий высокую яркость тела свечения, излучение прожектора ПЛ-1 обнаруживается невооруженным глазом на расстояниях в 3-5 раз превышающих дистанцию обнаружения невооруженным глазом прожектора-аналога Л-4, что существенно сужает возможные области использования данного прожектора.Due to the fact that a semiconductor injection laser having a high luminance body is used as a light source in the PL-1 searchlight, the radiation of the PL-1 searchlight is detected by the naked eye at distances of 3-5 times the detection distance of the L-analogue searchlight. -4, which significantly reduces the possible use of this projector.

Задачей изобретения является создание инфракрасного прожектора на основе высокоинтенсивного источника с высокой направленностью излучения, обеспечивающего подсветку местности (цели) в ближней ИК- области спектра и имеющего малую дистанцию демаскировки.The objective of the invention is to create an infrared illuminator based on a high-intensity source with a high directivity of radiation, providing illumination of the terrain (target) in the near IR region of the spectrum and having a small demasking distance.

Заявляется прожектор, содержащий источник инфракрасного излучения с телом свечения и формирующую оптическую систему, в котором, формирующая оптическая система дополнительно содержит зеркальный компонент, экранирующий тело свечения полупроводникового лазера, обращенный зеркальной поверхностью к источнику инфракрасного излучения, при этом выходной зрачок формирующей оптической системы является вторичным источником инфракрасного излучения.A spotlight containing an infrared source with a luminescence body and forming an optical system is claimed, in which the forming optical system further comprises a mirror component shielding the luminescence body of a semiconductor laser facing the infrared source with a mirror surface, while the exit pupil of the forming optical system is a secondary source infrared radiation.

На торце источника инфракрасного излучения закреплена по крайней мере одна иммерсионная линза.At the end of the source of infrared radiation is fixed at least one immersion lens.

По крайней мере, одна иммерсионная линза установлена на приводе, позволяющем выводить линзу из хода лучей.At least one immersion lens is mounted on a drive that allows the lens to be removed from the path of the rays.

В качестве формирующей оптической системы используется зеркально-линзовый объектив, типа «Касегрена». Объектив имеет входную апертуру, обеспечивающую использование всей энергии лазерного излучения в телесном угле по уровню 0,1 от максимальной мощности излучения, выходящей из тела свечения лазера. Фокусное расстояние объектива рассчитано для получения расходимости излучения прожектора 0,75° - по вертикали и 1,5° - по горизонтали с учетом размеров тела свечения источника излучения. Особенностью рассчитанной в данном предложении формирующей оптической системы является то, что ее оптическая схема обеспечивает минимальные потери энергии как в вершинном угле излучения, так и осевого пучка в результате экранирования.As a forming optical system, a mirror-lens lens of the “Kasegren” type is used. The lens has an input aperture that provides the use of all the energy of laser radiation in a solid angle at a level of 0.1 of the maximum radiation power exiting the body of the glow of the laser. The focal length of the lens is calculated to obtain the divergence of the radiation of the illuminator 0.75 ° - vertically and 1.5 ° - horizontally, taking into account the size of the glowing body of the radiation source. A feature of the forming optical system calculated in this proposal is that its optical scheme ensures minimal energy losses in both the peak radiation angle and the axial beam as a result of shielding.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.), на котором приведена оптическая схема прожектора.The invention is illustrated by the drawing (Fig.), Which shows the optical scheme of the projector.

Прожектор состоит из полупроводникового лазера 1 типа ИЛПИ-114 с телом свечения 2, размер поперечного сечения которого (а х b) = (1,5 х 3) мм, прикрепленной с помощью оптического клея к защитному окну 3 лазера 1 иммерсионной линзы 4, согласующей линзы 5, в центре передней поверхности которой установлена на оптическом клее ромбическая призма 6, линзы 7, на переднюю поверхность которой прикреплен с помощью оптического клея зеркальный компонент 8, выполненный в виде сферического зеркала прямоугольной формы, размер поперечного сечения которого: (А х В) = (70 х 35) мм, и большого зеркала 9. Угол между гранями ромбической призмы 6 рассчитан таким образом, чтобы обеспечить смещение осевого пучка относительно оси оптической системы с целью наиболее полного использования светового потока. Оптические элементы 4-9 образуют формирующую оптическую систему 10 с выходным зрачком 11 диаметром D= 1 25 мм.The searchlight consists of an ILPI-114 type 1 semiconductor laser with a luminescence body 2, the cross section of which (a x b) = (1.5 x 3) mm, attached with an optical adhesive to the protective window 3 of laser 1 of the immersion lens 4, matching lens 5, in the center of the front surface of which is mounted on an optical adhesive orthorhombic prism 6, lens 7, on the front surface of which is attached with an optical adhesive mirror component 8, made in the form of a spherical mirror of rectangular shape, the cross section of which: (A x B) = (70 x 35) mm, and a large mirror 9. The angle between the faces of the rhombic prism 6 is designed in such a way as to ensure the displacement of the axial beam relative to the axis of the optical system in order to make the most complete use of the luminous flux. Optical elements 4-9 form a forming optical system 10 with an exit pupil 11 with a diameter of D = 1 25 mm.

Прожектор работает следующим образом.Searchlight works as follows.

Тело свечения 2 полупроводникового лазера 1 излучает монохроматический пучок излучения в спектральном диапазоне λ= 830 ± 30 нм в угле 50° по уровню 0,1 от максимальной интенсивности в горизонтальной плоскости и 25° - в вертикальной плоскости. Формирующая оптическая система 10, включающая систему оптических элементов 4-9, формирует заданную угловую расходимость (1,5° по горизонтали и 0,75° по вертикали на уровне 0,25 от максимальной интенсивности) на выходе прожектора. При этом зеркальный компонент 8 совместно с ромбической призмой 6 и согласующей линзой 5 отражают пучок лучей, исходящий от полупроводникового лазера 1 в полном угле расходимости (50° и 25°) на отражающую зеркальную поверхность большого зеркала 9. В результате оптическая схема проецирует тело свечения 2 в выходной зрачок формирующей оптической системы 10. Таким образом, наблюдатель, находящийся на дистанции L от прожектора, наблюдает вторичный источник излучения, образованный выходным зрачком 11 прожектора и энергетическая светимость прожектора Е¹е будет определяться по формуле:The luminescence body 2 of a semiconductor laser 1 emits a monochromatic radiation beam in the spectral range λ = 830 ± 30 nm in an angle of 50 ° at a level of 0.1 of the maximum intensity in the horizontal plane and 25 ° in the vertical plane. Forming optical system 10, including the system of optical elements 4-9, forms a given angular divergence (1.5 ° horizontally and 0.75 ° vertically at the level of 0.25 of the maximum intensity) at the exit of the searchlight. In this case, the mirror component 8, together with the rhombic prism 6 and the matching lens 5, reflect the beam of rays emanating from the semiconductor laser 1 at a full angle of divergence (50 ° and 25 °) onto the reflecting mirror surface of the large mirror 9. As a result, the optical scheme projects the glow body 2 into the exit pupil of the forming optical system 10. Thus, an observer located at a distance L from the searchlight observes a secondary radiation source formed by the exit pupil 11 of the searchlight and the energy luminosity of the searchlight Pa E ¹ e will be determined by the formula:

E¹e = Ф / S вых.зр.эф, где Ф - поток излучения, выходящий из прожектора, Sb^.;^ - эффективная площадь выходного зрачка. При использовании прототипа - прожектора ПЛ-1, наблюдатель наблюдает первичный источник излучения- тело свечения полупроводникового лазера со значением Е_е ² = Ф / St.cb., где St.cb. - площадь тела свечения лазера. Поскольку значение Ф постоянно (источник излучения одинаковый), из соотношения Ее¹/Ее² = ST._CB./S_BbIx.3p. видно, что наблюдаемая энергетическая светимость заявляемого прожектора меньше энергетической светимости прожектора прототипа на величину соотношения S_BHx.3p/S_T._CB. (в данном случае - в (nD²/4 - А х В) / (а х b) = {π125²/4- 70 х 35) / (1,5 х 3) = 2,2 х10³ раз). При этом энергетическая яркость излучения обоих прожекторов, а следовательно и создаваемая энергетическая освещенность объекта наблюдения, остаются одинаковыми (при одинаковых выходных параметрах прожектора).E ¹ e = Ф / S vyf.zr.eff, where F is the radiation flux coming out of the searchlight, Sb ^; ^ is the effective area of the exit pupil. When using the prototype PL-1 searchlight, the observer observes the primary source of radiation — the glowing body of a semiconductor laser with the value of Е _е ² = Ф / St.cb., where St.cb. - body area of the laser glow. Since the value of Φ is constant (the radiation source is the same), from the relation E ¹ / E ² = ST. _CB ./S _BbI x.3p. it can be seen that the observed energy luminosity of the proposed searchlight is less than the energy luminosity of the prototype searchlight by the value of the ratio S _BH x.3p / S _T. _CB . (in this case - in (nD ^2/4 - A x B) / (a x b) = {π125 ² / 4- 70 x 35) / (1.5 x 3) = 2.2 × 10 ³ times). In this case, the energy brightness of the radiation of both projectors, and consequently the created energy illumination of the object of observation, remain the same (with the same output parameters of the searchlight).

Снижение дистанции демаскировки ИКпрожектора расширяет область применения и повышает его конкурентоспособность.Reducing the distance unmasking infrared extends the scope and increases its competitiveness.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:USED SOURCES OF INFORMATION:

1. Прожектор Л-4 А (Л-4). Техническое описание и инструкция по эксплуатации З. ОАИ.466.505.1. Projector L-4 A (L-4). Technical specification and maintenance instruction of Z. OAI.466.505.

2. Прожектор ПЛ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 0953.00.00.000 ТО (прототип).2. Searchlight PL-1. Technical specification and maintenance instruction 0953.00.00.000 THAT (prototype).

Claims

CLAIM

1. Infrared illuminator containing an infrared radiation source with a luminescence body and forming an optical system with coordinated apertures, characterized in that a specular component is additionally introduced into the forming optical system, shielding the luminescence body of the infrared radiation source facing the infrared surface to the infrared radiation source, while the exit pupil of the imaging optical system is a secondary source of infrared radiation.

2. The searchlight according to claim 1, characterized in that at the end of the source of infrared radiation is fixed at least one immersion lens.

3. Searchlight according to claim 2, characterized in that at least one immersion lens is mounted on the drive, which allows the lens to be removed from the course of the rays.