Iluminadores láser y designadores de objetivos para dispositivos de visión nocturna.

Iluminadores láser y designadores de objetivos para dispositivos de visión nocturna.

ILUMINACIONES LÁSER Y PUNTEROS DE OBJETIVO PARA DISPOSITIVOS DE VISIÓN NOCTURNA

Actualmente, para proporcionar visión nocturna y en condiciones de transparencia atmosférica reducida, se han generalizado los dispositivos de visión nocturna (NVD), fabricados a base de convertidores electrón-ópticos [1, 2]. Sin embargo, a medida que disminuye el nivel de luz natural, el alcance de los NVG disminuye y, en condiciones de completa oscuridad, estos dispositivos se vuelven completamente inoperables. En este sentido, los NVG suelen estar equipados con iluminadores de infrarrojos diseñados específicamente para trabajar en condiciones adversas. Además, las miras nocturnas requieren designadores de objetivos que creen un punto de iluminación de tamaño pequeño («puntual») en el objetivo. Es muy recomendable fabricar los iluminadores y designadores de objetivos indicados a base de emisores láser semiconductores de inyección, que se comparan favorablemente con otras fuentes de luz por el pequeño tamaño del cuerpo luminiscente y su alto brillo general, bajo peso, dimensiones y consumo de energía, importante servicio. características de vida útil y alto rendimiento. Consideremos los principales tipos, parámetros, capacidades y perspectivas para el desarrollo de iluminadores láser y designadores de objetivos para dispositivos de visión nocturna.

Los iluminadores láser se dividen en dispositivos que funcionan en modo pulsado y continuo. Los iluminadores láser pulsados ​​se utilizan como parte de los NVD de pulso activo [2]. Su principio de funcionamiento se basa en la iluminación del objeto observado con radiación de un iluminador láser pulsado y el control de pulso sincronizado (compuerta) de un convertidor electrón-óptico instalado en la parte receptora del dispositivo. Esto permite lograr, en comparación con los dispositivos de visión nocturna activos y pasivos tradicionales, rangos operativos significativos, garantizar su medición precisa, la continuidad de la observación cuando se expone a interferencias luminosas intensas, así como con una transparencia reducida de la atmósfera (neblina, niebla , lluvia, nevadas, etc.). El iluminador consta de una óptica de generación de radiación, un emisor semiconductor láser pulsado y una unidad de bombeo. Este último se fabrica a partir de circuitos de transistores o tiristores, que se describen con suficiente detalle en [3]. Los problemas de la creación de ópticas para generar radiación a partir de tales iluminadores se presentan en [2]. El iluminador se puede fabricar según un esquema de monoemisor o según un esquema de emisor grupal [2]. En el primer caso, el iluminador tiene el circuito que se muestra en la Fig. 1, donde (1) son emisores láser elementales o sus rejillas, (2) un colector de fibra de vidrio, (3) un integrador, (4) una lente de generación de radiación. En este caso, para obtener una potencia de radiación media elevada, se combinan emisores individuales de un solo elemento o sus conjuntos (1) en un único cuerpo luminiscente mediante hilos colectores flexibles de fibra de vidrio (2). La sección transversal del haz tiene la forma de un rectángulo con las dimensiones de los lados correspondientes a las dimensiones totales del cuerpo luminoso del emisor. A la salida del colector (2) está montado un integrador (3), una sección de guía de luz que sirve para mezclar la radiación de los emisores individuales y crear una distribución uniforme del brillo de la energía en su extremo de salida. La forma y dimensiones del punto de iluminación están determinadas por la forma y dimensiones del extremo de salida del integrador, que se proyecta sobre el terreno mediante la lente generadora de radiación (4). La apariencia de un iluminador construido según este esquema se muestra en la Foto 1. El iluminador puede contener un emisor de elementos múltiples en forma de una matriz de diodos láser, cuyos emisores individuales pueden no estar en el mismo plano. En su salida también está montado un integrador, en cuyo extremo de salida se enfoca la lente de generación de radiación. El iluminador LS-410 de LDL (EE. UU.) [4] (foto 2) está fabricado según este diseño. Para aumentar la potencia de radiación, es necesario aumentar el número de emisores elementales. Pero al mismo tiempo, las dimensiones totales del extremo de salida del integrador aumentan inevitablemente. Para mantener un ángulo de iluminación constante, es necesario aumentar la distancia focal de la lente. Esto conlleva un fuerte aumento de las dimensiones longitudinales y del peso del iluminador.

 
Fig. 1. Esquema de construcción de un iluminador láser

Foto 1. Aspecto del iluminador fabricado según el esquema monoemisor

Foto 2. Iluminador LS-410 de LDL, EE. UU.

Por tanto, una solución más adecuada para potencias de radiación importantes es el circuito de módulo de grupo. El iluminador fabricado según este esquema consta de varios módulos estándar con ejes ópticos paralelos entre sí. Cada módulo tiene una lente y un emisor que contiene una serie de diodos láser con o sin integrador. La radiación de todos los módulos se resume en un único ángulo de iluminación igual al ángulo de iluminación de un módulo. Este diseño del iluminador garantiza sus dimensiones longitudinales mínimas y un diseño de lente simple para generar radiación. El esquema también es conveniente debido a su alta facilidad de mantenimiento, ya que si un módulo falla, se puede reemplazar fácilmente por otro. Los módulos pueden estar separados espacialmente, lo que crea mayores posibilidades para su disposición en un objeto, por ejemplo, en un automóvil, un helicóptero o un barco. Las lentes que forman la radiación suelen ser lentes de dos o tres lentes, ópticas rasterizadas (foto 3 — iluminador del Instituto de Investigación Polyus), lentes de una sola lente con una superficie asférica o kinoforme, lentes degradadas [4] o lentes de Fresnel de plástico [5]. La foto 4 muestra un iluminador de dos módulos del dispositivo de pulso activo en serie 1PN61 [6], fabricado sobre la base del emisor láser ILPI-110. Las dimensiones del iluminador son 287x210x120 mm. A partir del emisor ILPI-114 se fabricó el iluminador PL-1 de dimensiones 250x170x150 (foto 5). La foto 6 muestra un iluminador de diez módulos basado en emisores láser pulsados ​​LPI-14, la foto 7 muestra un iluminador de seis módulos O-245/6.

Foto 3. Iluminador láser pulsado con óptica rasterizada, Instituto de Investigación Polyus, Rusia

Foto 4. Iluminador de dos módulos del dispositivo 1PN61

Foto 5. Iluminador PL-1 Oficina Central de Diseño “Peleng”, Bielorrusia>em>

Foto 11. Designador láser típico con dispositivos de visión nocturna

Foto 12. Designador de objetivo PL-1, VOMZ, Rusia

Foto 13. REM 007 de Wild Heerbrugg, Suiza

Foto 14. Designador de objetivo láser TsL-05, BELOMO, Bielorrusia

Foto 15. Designador de objetivo TSL-10, BELOMO, Bielorrusia

Foto 16. Designador de objetivo “Korsak-3”, BELOMO, Bielorrusia

Higo . 2. Diagrama de diseño del designador de destino

Foto 17. Designador de objetivo en miniatura
ACP-2 de Night Vision Equipment Inc., EE. UU.

La pequeña masa, las dimensiones y la divergencia de la radiación de un designador de objetivos láser, combinadas con la facilidad de modulación de su radiación por la corriente de la bomba, permiten convertir el designador de objetivos en un telémetro portátil integrado en el NVD. En particular, ROMZ ha desarrollado un iluminador de telémetro que puede proporcionar observación en un ángulo de iluminación amplio y, en un ángulo de iluminación estrecho, medir la distancia a un objeto creando un punto de iluminación «puntual» en él [11]. Un dispositivo de este tipo es compatible con cualquier NVD que tenga un enchufe estándar de 1/4 de pulgada. El iluminador del telémetro funciona con baterías integradas del tipo 10D-0,26S con un voltaje total de 12 V. Peso: 0,9 kg (sin baterías), dimensiones totales 220x180x50 mm. El rango de alcance medido es de 5 a 150 m con un error de medición de 1 a 2 m. Los dispositivos de visión nocturna extranjeros tienen telémetros láser portátiles integrados basados ​​en láseres semiconductores. Por ejemplo, el observatorio NVG MC31 de Litton (EE. UU.) tiene un telémetro que proporciona mediciones de alcance de hasta 1000 m con una precisión de ±5 m [4]. Al mismo tiempo, el peso de todo el NVD junto con el telémetro no supera los 1,3 kg y sus dimensiones son 170x140x70 mm. Los dispositivos portátiles de visión nocturna de Night Vision Equipment (EE. UU.) también tienen un telémetro incorporado que mide un alcance de hasta 5000 m [4].

Un mayor desarrollo de iluminadores y designadores de objetivos está asociado con la creación de nuevos NVD que operan en la región espectral de 1 a 1,8 µm [13]. En comparación con la región espectral tradicional de 0,4 — 0,9 μm, la región espectral de 1 — 1,8 μm se caracteriza por una mayor transmisión de la atmósfera debido a una menor dispersión de la radiación, un mayor nivel de iluminación nocturna natural y contrastes naturales, y una mayor estabilidad de este último. Para esta región del espectro, es posible utilizar iluminadores y designadores de objetivos basados ​​en láseres semiconductores que funcionan en longitudes de onda de 1,25 – 1,3, 1,55 micrones [4]. Su peso y dimensiones no superan los parámetros similares de los iluminadores tradicionales que funcionan con longitudes de onda de 0,82 a 0,85 micrones. Su potencia de radiación puede ser de 0,1 – 1 W [4]. También es posible utilizar un iluminador a base de un láser de estado sólido a base de erbio con una longitud de onda de 1,54 micras y a base de holmio con una longitud de onda de 1,7 micras. En particular, los modelos EAD-500D y EAD-1000D [12], que generan potencias de radiación de 0,5 y 1 W, respectivamente, en longitudes de onda de 1,58 y 1,57 μm, bombeados por un láser semiconductor con una longitud de onda de 0,95 – 0,97 micrones. y con salida de radiación de fibra tiene una masa de 5 kg y unas dimensiones de 250x100x325 mm. La radiación láser en longitudes de onda de 1,3 a 1,7 micrones es invisible para el ojo y segura para la visión [14].

Para lograr altas probabilidades de reconocimiento en una amplia gama de cambios en las condiciones externas, es necesario utilizar dispositivos de visión nocturna multicanal [15]. En este sentido, es aconsejable crear iluminadores multicolores que funcionen en una amplia gama del espectro en longitudes de onda discretas (Fig. 3). Aquí, mediante el uso de un espejo (2) con revestimiento dicroico, se suma la radiación de los emisores láser semiconductores (1) y (3), que se generan en diferentes regiones espectrales de 0,85 y 1,55 µm. El espejo (2) transmite radiación del emisor (3), pero refleja la radiación del emisor (1). La lente (4), enfocada a ambos emisores, suma su radiación y la colima. Las pérdidas totales en el espejo (2) no superan el 10-15%.

Fig. 3. Esquema de construcción de un iluminador láser
utilizando dos emisores láser

También es posible producir una matriz de elementos múltiples compuesta por láseres semiconductores elementales con diferentes longitudes de onda. Estos emisores compactos pueden controlarse mediante un circuito lógico programable, que garantiza el funcionamiento simultáneo o por separado de emisores elementales, según la necesidad. Las perspectivas de desarrollo de iluminadores también están asociadas con la creación de una bomba integrada con un emisor láser según el tipo de modelo [16]. En este caso, el modo de funcionamiento del circuito de bombeo cambia con el tiempo de acuerdo con un programa determinado. El iluminador se controla directa o remotamente. Esto último es necesario para crear sistemas robóticos. Para optimizar la óptica de la formación de radiación, ésta se puede cultivar directamente sobre emisores láser en una estructura integral con ellos [17]. Basándose en los logros de la microelectrónica, se espera que en los próximos años se creen iluminadores totalmente integrados que también puedan servir como indicadores de objetivos para telémetros. Los telémetros-designadores de objetivos láser se pueden combinar funcionalmente con dispositivos de control por microprocesador que cambian los parámetros de este dispositivo láser dependiendo de las condiciones externas y proporcionan su control integrado.

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