FR2602347A1 - Alignment device for a sighting apparatus having several channels - Google Patents
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Abstract
Description
Disositif d'alignement pour appareil de visée à
Plusieurs voies
L'invention concerne le domaine des appareils de visée comportant plusieurs organes travaillant dans des domaines différents du spectre optique et elle trouve une application particulièrement importante dans les appareils de visée destinés aux systèmes d'armes.Alignment device for aiming device
Multiple routes
The invention relates to the field of aiming devices comprising several organs working in different areas of the optical spectrum and it finds a particularly important application in aiming devices intended for weapon systems.
A l'heure actuelle, on utilise largement des appareils de visée, stabilisés ou non, comportant un détecteur sensible à l'infrarouge lointain (caméra thermique) et un illuminateur ou télémètre laser travaillant dans l'infrarouge. I1 est nécessaire de réaliser un alignement mutuel des voies optiques correspondant à ces appareils. Cette opération, souvent qualifiée d'harmonisation, exige de disposer d'une référence optique commune. Elle doit être répétée fréquemment, pratiquement à chaque nouvelle mise en service. Dans les appareils existants en effet, les axes optiques des différents composants (caméra thermique et télémètre notamment) ne sont pas définis avec la précision requise et, au surplus, la caméra thermique présente un phénomène de dérive en température et d'instabilité. At present, sighting devices are widely used, stabilized or not, comprising a detector sensitive to far infrared (thermal camera) and an illuminator or laser range finder working in infrared. It is necessary to carry out a mutual alignment of the optical channels corresponding to these devices. This operation, often described as harmonization, requires having a common optical reference. It must be repeated frequently, almost every time it is put into service again. In fact, in existing devices, the optical axes of the various components (thermal camera and rangefinder in particular) are not defined with the required precision and, moreover, the thermal camera exhibits a phenomenon of temperature drift and instability.
La solution couramment utilisée à l'heure actuelle consiste à viser un point chaud situé à grande distance (au-delà de la zone aveugle du télémètre). La contrainte que représente la nécessité d'un repère de ce genre, à grande distance, est toujours genante. Elle est difficilement acceptable pour des systèmes d'armes. The commonly used solution today is to target a hot spot located at a great distance (beyond the blind zone of the rangefinder). The constraint represented by the need for a benchmark of this kind, at a long distance, is always annoying. It is hardly acceptable for weapons systems.
L'invention vise à fournir un dispositif permettant d'harmoniser deux voies, travaillant dans des domaines spectraux différents, d'un appareil de visée sans faire appel à des repères ou moyens situés à grande distance. The invention aims to provide a device making it possible to harmonize two channels, working in different spectral domains, of an aiming device without using reference points or means located at great distance.
Dans ce but, elle propose notamment un collimateur d'alignement pour appareil de visée comprenant au moins un détecteur travaillant dans un premier domaine du spectre infrarouge et un télémètre laser travaillant dans un autre domaine, collimateur caractérisé en ce qu'il comprend
- un mélangeur optique ayant un trou-source émettant dans le premier domaine et dans le visible, une lame semi-transparente placée sur le trajet d'émission de la source et renvoyant une fraction de la lumière d'un faisceau revenant vers la source vers une lame séparatrice qui dirige la lumière visible vers le réticule d'un organe de visée et la lumière infrarouge dans ledit autre domaine vers un réflecteur dont l'image fournie par ledit détecteur est identifiable,
- et un miroir parabolique placé de façon à recevoir le faisceau de sortie de la source et le faisceau de retour, le mélangeur et le miroir étant placés de façon que le trou-source, le réticule de .l'organe de visée et le réflecteur soient au foyer du miroir.To this end, it proposes in particular an alignment collimator for sighting apparatus comprising at least one detector working in a first domain of the infrared spectrum and a laser rangefinder working in another domain, collimator characterized in that it comprises
- an optical mixer having a source hole emitting in the first domain and in the visible, a semi-transparent plate placed on the emission path of the source and returning a fraction of the light of a beam returning towards the source towards a separating plate which directs visible light towards the reticle of an aiming member and infrared light in said other area towards a reflector whose image provided by said detector is identifiable,
- And a parabolic mirror placed so as to receive the output beam from the source and the return beam, the mixer and the mirror being placed so that the source hole, the reticle of the sighting member and the reflector are at the center of the mirror.
Dans un mode avantageux de réalisation, le mélangeur comprend un premier bloc en matériau opaque à l'infrarouge, percé de deux passages perpendiculaires dont l'un est dans l'alignement d'un trou formant source dans le premier domaine et le visible et dont l'autre est dirigé vers la lame séparatrice, la lame semitransparente étant située à l'intersection des deux passages. Le mélangeur optique peut comporter un second bloc, également percé de deux passages dirigés, l'un vers l'organe de visée, l'autre vers le réflecteur, la lame séparatrice étant placée à l'intersection des deux passages. In an advantageous embodiment, the mixer comprises a first block of material opaque to infrared, pierced with two perpendicular passages, one of which is in alignment with a hole forming a source in the first and visible range and of which the other is directed towards the separating blade, the semi-transparent blade being located at the intersection of the two passages. The optical mixer may include a second block, also pierced with two directed passages, one towards the sighting member, the other towards the reflector, the separating blade being placed at the intersection of the two passages.
L'invention propose également un dispositif d'harmonisation comprenant, en plus d'un collimateur du genre défini ci-dessus, des moyens escamotables situés au-delà du miroir parabolique, de décalage du faisceau de sortie du collimateur et du faisceau revenant vers la source permettant de diriger à volonté le faisceau de sortie : vers un miroir de référence dont la normale définit la direction d'alignement des axes du télémètre et du détecteur (caméra thermique notamment) ; vers le détecteur ; et vers le télémètre. The invention also provides a harmonization device comprising, in addition to a collimator of the kind defined above, retractable means located beyond the parabolic mirror, for shifting the output beam of the collimator and the beam returning to the source allowing the output beam to be directed at will: towards a reference mirror, the normal of which defines the direction of alignment of the axes of the rangefinder and of the detector (thermal camera in particular); towards the detector; and towards the rangefinder.
L'invention sera mieux comprise à la. lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la Figure 1 est une vue schématique, en élévation, d'un dispositif d'alignement destiné à un appareil de visée comprenant une caméra thermique et un télémètre laser,
- les Figures 2, 3 et 4 sont des schémas montrant les trajets optiques réalisés par les moyens de décalage de faisceau pour trois étapes différentes de la procédure d 'harmonisation.The invention will be better understood from the. reading of the description which follows of a particular embodiment given by way of nonlimiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a schematic view, in elevation, of an alignment device intended for an aiming device comprising a thermal camera and a laser rangefinder,
- Figures 2, 3 and 4 are diagrams showing the optical paths made by the beam shifting means for three different stages of the harmonization procedure.
Le collimateur d'alignement montré en Figure 1 est destiné à permettre l'harmonisation entre deux voies d'un appareil de visée qui contient
- une caméra thermique, fonctionnant généralement dans l'infrarouge lointain, entre 8 et 12 pm
- un télémètre laser, fonctionnant dans l'infrarouge.The alignment collimator shown in Figure 1 is intended to allow the harmonization between two channels of an aiming device which contains
- a thermal imager, generally operating in the far infrared, between 8 and 12 pm
- a laser rangefinder, operating in the infrared.
Des miroirs d'orientation respectifs 7 et 8 permettent de faire varier les orientations 9 et 10 de l'axe optique de la caméra et du télémètre, respectivement, à la sortie de l'appareil 6. Respective orientation mirrors 7 and 8 make it possible to vary the orientations 9 and 10 of the optical axis of the camera and the range finder, respectively, at the output of the device 6.
Le boitier de l'appareil 6 porte de plus un miroir de référence 11 dont la normale définit la direction d'alignement de consigne des axes 9 et 10. The unit of the apparatus 6 also carries a reference mirror 11, the normal of which defines the direction of reference alignment of the axes 9 and 10.
Le dispositif d'alignement comprend un mélangeur optique 12 et un miroir parabolique 13 qui reçoit le faisceau de sortie du mélangeur 12. Un miroir plan de renvoi 14 est placé en aval du miroir 13 dans le mode de réalisation représenté. Le miroir parabolique forme, à partir du faisceau divergent qu'il reçoit du mélangeur 12, un faisceau parallèle collimaté de sortie 16. Pour éviter l'effet d'ombre du miroir 14, le faisceau de lumière arrive sur le miroir 13 avec une légère incidence par rapport à l'axe. Les miroirs 13 et 14 ont une surface traitée les rendant réfléchissants dans l'ensemble du spectre des faisceaux reçus et renvoyés. The alignment device comprises an optical mixer 12 and a parabolic mirror 13 which receives the output beam from the mixer 12. A deflection plane mirror 14 is placed downstream of the mirror 13 in the embodiment shown. The parabolic mirror forms, from the divergent beam it receives from the mixer 12, a collimated parallel output beam 16. To avoid the shadow effect of the mirror 14, the light beam arrives on the mirror 13 with a slight incidence relative to the axis. Mirrors 13 and 14 have a treated surface making them reflective across the spectrum of beams received and returned.
Le mélangeur optique 12 comporte un premier bloc 18 dans lequel est ménagé un premier passage 20 traversé par la lumière émise par un trou 22 formant source, éclairé en lumière présentant une énergie importante dans l'infrarouge lointain et dans -le visible. Cet éclairage peut être assuré par un filament 24 chauffé par passage d'un courant électrique. Etant donné que l'alignement s'effectue généralement à l'arrêt, on peut également utiliser un trou éclairé par une lampe à iode à ampoule de quartz. Le filament émet dans le visible et l'ampoule, chauffée à une température d'environ 700 C, émet dans l'infrarouge lointain. The optical mixer 12 comprises a first block 18 in which is formed a first passage 20 traversed by the light emitted by a hole 22 forming a source, lit with light having a significant energy in the far infrared and in the visible. This lighting can be provided by a filament 24 heated by the passage of an electric current. Since alignment is generally carried out when stationary, it is also possible to use a hole lit by an iodine lamp with a quartz bulb. The filament emits in the visible and the bulb, heated to a temperature of about 700 C, emits in the far infrared.
Dans le bloc 18 est ménagé un second passage 26 orthogonal au premier. A l'intersection des passages 20 et 26 est placée une lame mince 28 transparente dans le visible et l'infrarouge lointain, transmettant l'essentiel du rayonnement du trou-source 24 mais cependant capable de renvoyer vers le passage 26 une faible fraction du faisceau de retour dirigé par le miroir 13 vers le passage 20. La lame 28 est placée entre deux tronçons du bloc 18 et collée sur ces tronçons. In block 18 is provided a second passage 26 orthogonal to the first. At the intersection of the passages 20 and 26 is placed a thin blade 28 transparent in the visible and the far infrared, transmitting most of the radiation from the source hole 24 but nevertheless capable of returning to the passage 26 a small fraction of the beam back directed by the mirror 13 towards the passage 20. The blade 28 is placed between two sections of the block 18 and bonded to these sections.
L'absence de colle au droit du passage 20 écarte les difficultés de trouver une colle ayant de bonnes qualités adhésives et transparente dans l'ensemble du spectre considéré. Du fait de la présence d'un passage, le bloc 18 n'a pas à être constitué en matériau transparent dans l'ensemble du spectre.The absence of glue at the right of way eliminates the difficulties of finding an glue having good adhesive and transparent qualities in the whole spectrum considered. Due to the presence of a passage, the block 18 does not have to be made of transparent material across the spectrum.
Le mélangeur 12 comprend un second bloc 30 également percé de deux passages orthogonaux. L'un des passages 32 est dans l'alignement du passage 26 et l'autre, 37, est orthogonal au premier. Une lame mince 40, transparente pour le visible et réfléchissante pour l'infrarouge, est placée à l'intersection des deux passages. Elle permet de séparer la partie visible de la partie infrarouge du spectre. Le passage 32 est fermé par une face transparente sur laquelle est gravé un réticule 34 placé au foyer d'un oculaire 36 d'observation du réticule. Le passage 37, orthogonal au premier, est fermé par un réflecteur 38 ayant une forme distinctive, par exemple un cercle de petit diamètre entouré d'une zone de réflexion nulle à la longueur d'onde de travail du télémètre. The mixer 12 comprises a second block 30 also pierced with two orthogonal passages. One of the passages 32 is in alignment with the passage 26 and the other, 37, is orthogonal to the first. A thin blade 40, transparent for the visible and reflective for the infrared, is placed at the intersection of the two passages. It makes it possible to separate the visible part from the infrared part of the spectrum. The passage 32 is closed by a transparent face on which is engraved a reticle 34 placed at the focal point of an eyepiece 36 for observing the reticle. The passage 37, orthogonal to the first, is closed by a reflector 38 having a distinctive shape, for example a circle of small diameter surrounded by a zone of zero reflection at the working wavelength of the range finder.
Les blocs 18 et 30 ont des dimensions telles que les trajets optiques de 34, 38 et 22 au miroir parabo lique 13 soient de longueur égale à la distance focale du miroir 13. The blocks 18 and 30 have dimensions such that the optical paths of 34, 38 and 22 to the parabolic mirror 13 are of length equal to the focal distance of the mirror 13.
Le dispositif comprend, en plus du collimateur, des moyens de décalage latéral de faisceau de lumière sans modification d'orientation, pouvant être constitués par des rhomboèdres à réflexion totale 42 et 44. Ces moyens permettent de modifier le trajet optique au-delà du miroir 14, pour l'amener vers le miroir de référence 11 ou l'un ou l'autre des miroirs d'orientation 7 et 8. The device comprises, in addition to the collimator, means for lateral shift of the light beam without modification of orientation, which can be constituted by rhombohedra with total reflection 42 and 44. These means make it possible to modify the optical path beyond the mirror 14, to bring it towards the reference mirror 11 or one or the other of the orientation mirrors 7 and 8.
Une lame d'atténuation 46, en matériau présentant une forte opacité à la longueur d'onde de fonctionnement du télémètre, est interposée entre le rhomboèdre 42 et le miroir 8. Cette lame est par exemple en germanium et réduit à une fraction faible la portion transmise du spectre dans l'infrarouge lointain. Cette lame est inclinée sur l'axe optique pour éviter de renvoyer de l'énergie vers le récepteur du télémètre.An attenuation strip 46, made of a material having a high opacity at the operating wavelength of the range finder, is interposed between the rhombohedron 42 and the mirror 8. This strip is for example made of germanium and reduces the portion to a small fraction transmitted spectrum in the far infrared. This blade is inclined on the optical axis to avoid returning energy to the rangefinder receiver.
Le processus d'harmonisation par mise en oeuvre du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. The harmonization process by implementing the device which has just been described is as follows.
Le rhomboèdre 44 est tout d'abord orienté pour décaler le trajet lumineux vers le miroir 11, alors que le rhomboèdre 42 est escamoté (Figure 2). La source 22 est illuminée. L'ensemble du dispositif 12, 13, 14, 42, 44 comportant le collimateur et les rhomboèdres est déplacé en bloc jusqu'à ce que l'image du trou-source 22 renvoyée par le miroir il se forme au centre du réticule 34. Cette coincidence est vérifiée par un opérateur å l'aide de l'oculaire 36. The rhombohedron 44 is first of all oriented to offset the light path towards the mirror 11, while the rhombohedron 42 is retracted (Figure 2). Source 22 is illuminated. The entire device 12, 13, 14, 42, 44 comprising the collimator and the rhombohedra is moved in block until the image of the source hole 22 reflected by the mirror is formed in the center of the reticle 34. This coincidence is checked by an operator using the eyepiece 36.
Le rhomboèdre 44 est eclipsé (Figure 3), le trou-source 22 restant illuminé. Le miroir 7 est orienté autour de deux axes orthogonaux jusqu'à ce que le centre du trou-source 22 corresponde à un élément photosensible particulier sur le détecteur de la caméra, c'est-à-dire à un pixel particulier dans'la matrice de points. C'est ce pixel particulier qui définira l'axe de visée thermique. On peut ainsi arriver à une résolution définie à un pixel près, c'est-à-dire dans la pratique à0,1 milliradian. The rhombohedron 44 is eclipsed (Figure 3), the source hole 22 remaining illuminated. The mirror 7 is oriented around two orthogonal axes until the center of the source hole 22 corresponds to a particular photosensitive element on the detector of the camera, that is to say to a particular pixel in the matrix. of points. It is this particular pixel which will define the thermal aiming axis. We can thus arrive at a resolution defined to the nearest pixel, that is to say in practice to 0.1 milliradian.
Le rhomboèdre 42 est alors mis en place (Figure 4) pour orienter le trajet lumineux vers l'axe du télémètre laser. On oriente le miroir 8 jusqu'à ce que le récepteur du télémètre laser reçoive un écho en réponse à une impulsion fournie par l'émetteur de ce télémètre. Cet écho est présent lorsque le miroir 8 est orienté de façon telle que l'impulsion lumineuse de l'émetteur laser se réfléchit sur la surface 38. Le champ d'un télémètre est fréquemment d'environ 0,5 mrad; de sorte que, pour assurer une harmonisation à 0,1 mrad, il faut définir, par observation visuelle, le barycentre de l'écho. Lorsque ce barycentre est exactement centré, on mémorise la position correspondante du miroir 8, de façon å déterminer l'écart qui existe entre les axes optiques du télémètre et de la caméra pour une meme commande d'orientation des miroirs 7 et 8. Ultérieurement, l'organe de calcul de l'appareil de visée pourra effectuer les corrections nécessaires pour tenir compte du défaut de colncidence des axes réels. The rhombohedron 42 is then put in place (Figure 4) to orient the light path towards the axis of the laser rangefinder. The mirror 8 is oriented until the receiver of the laser rangefinder receives an echo in response to a pulse supplied by the transmitter of this rangefinder. This echo is present when the mirror 8 is oriented in such a way that the light pulse from the laser transmitter is reflected on the surface 38. The field of a rangefinder is frequently around 0.5 mrad; so that, to ensure harmonization at 0.1 mrad, it is necessary to define, by visual observation, the barycenter of the echo. When this barycenter is exactly centered, the corresponding position of the mirror 8 is memorized, so as to determine the difference which exists between the optical axes of the rangefinder and of the camera for the same control of orientation of the mirrors 7 and 8. Subsequently, the aiming device calculation unit may make the necessary corrections to take into account the lack of coincidence of the real axes.
On voit qu'on réalise ainsi l'harmonisation des axes de la caméra et du télémètre sur une référence externe commune, placée à faible distance. We see that we thus achieve the harmonization of the axes of the camera and the rangefinder on a common external reference, placed at a short distance.
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