DE2722796C3

DE2722796C3 - Device for aligning the optical axes of several optical devices parallel to one another

Info

Publication number: DE2722796C3
Application number: DE19772722796
Authority: DE
Inventors: Roderich 8000 Muenchen Rueger
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1981-12-03
Also published as: FR2391482B1; DE2722796A1; DE2722796B2; FR2391482A1; GB1603144A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Achsen mehrerer optischer Geräte parallel zueinander, wobei mindestens eines der Geräte ein im IR-Spektralbereich und hier bei einer bestimmten Frequenz (Arbeitsfrequenz) maximal empfindliches Gerät, insbesondere ein Wärmebildgerät ist, wobei mittels an den Geräten vorgesehenen Justiermittel die optischen Achsen aller Geräte auf einen gemeinsamen, quasi im Unendlichen liegenden Richtpunkt ausrichtbar sind und für das IR-Gerät eine das Bild des Richtpunktes simulierende, Licht im sichtbaren und im IR-Spektralbereich abstrahlende Punktlichtquelle vorgesehen ist.The invention relates to a device for aligning the optical axes of several optical axes Devices parallel to one another, with at least one of the devices being in the IR spectral range and here in a a certain frequency (working frequency) is the most sensitive device, in particular a thermal imaging device, whereby by means of adjustment means provided on the devices, the optical axes of all devices on one common directional point, which is almost at infinity, can be aligned and for the IR device a das Point light source simulating the image of the alignment point and emitting light in the visible and IR spectral range is provided.

Bei der Fernlenkung etwa von Panzerabwehrflugkörpern werden heute im allgemeinen sogenannte semiaktive Lenkungen verwendet; hierbei richtet ein Lenkschütze ein Visiergerät, im allgemeinen ein Periskop, ständig auf das zu bekämpfende Ziel und führt es diesem nach, während die Ablage des Flugkörpers von der Verbindungslinie Visiergerät — Ziel automatisch durch ein Goniometer am Lenkstand ermittelt und dem Flugkörper aufgrund dieser Ablage Lenksignale zur Rückführung des Flugkörpers auf den Sollkurs übermittelt werden. Der Flugkörper trägt hierzu an seinem Heck einen pyrotechnischen Leuchtsatz, dessen Strahlung vom Goniometer aufgenommen und zur Bildung der erwähnten Korrektursignale an den Flugkörper herangezogen wird.In the remote control of anti-tank missiles, for example, so-called semi-active ones are generally used today Steering used; in this case, a gunner sets up a sighting device, generally a periscope, constantly on the target to be combated and leads it to this, while the dropping of the missile from the Connecting line sighting device - target automatically determined by a goniometer on the steering stand and the Missile transmitted on the basis of this storage steering signals for returning the missile to the target course will. For this purpose, the missile carries a pyrotechnic flare on its tail, its radiation taken up by the goniometer and for the formation of the mentioned correction signals to the missile is used.

Vorzugsweise bei Nachteinsätzen wird zur Erfassung und Verfolgung des Zieles ein Wärmebildgerät an Stelle oder in Verbindung mit dem Visiergerät verwendet,A thermal imaging device is preferably used for night missions to capture and track the target or used in conjunction with the sighting device,

ίο Abgesehen von subjektiven Fehlern des Lunkschützen wird die Treffergenauigkeit des Flugkörpers vermindert, wenn die optischen Achsen von Visiergerät und Goniometer nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.ίο Apart from subjective errors of the Lunkschützen the accuracy of the missile is reduced when the optical axes of sighting device and goniometers are not aligned parallel to each other.

Aus der DE-PS 23 21 059 ist es bekannt, die optischen Achsen eines Visiergerätes und eines im IR-Spektralbereich arbeitenden Goniometers dadurch auszurichten, daß zunächst über das Visiergerät ein quasi im Unendlichen liegender Richtpunkt anvisiert wird. Auf die Ausblicköffnung des Goniometers ist eine Prüfeinrichtung mit einem Okularsystem aufgesteckt, mit dem der von dem Visiergerät angepeilte Richtpunkt ebenfalls anvisiert wird. Die Prüfeinrichtung weist des weiteren eine Punktlichtquelle, die Licht im sichtbaren und im IR-Spektralbereich abstrahlt, sowie ein Spiegelsystem auf, mit dem das Bild der einen quasi im Unendlichen liegenden Richtpunkt simulierenden Punktlichtquelle <m das Goniometer und in das Okularsystem einspiegelbar ist Die Prüfeinrichtung wird so justiert, daß der über das Okularsystem anvisierte Richtpunkt und der Bildpunkt der Punktlichtquelle im Okularsystem zusammenfallen. Die optische Achse des Goniometers wird danach auf den Bildpunkt der Punktlichtquelle ausgerichtet, so daß jetzt die optischen Achsen des Visiergerätes und des Goniometers parallel sind.From DE-PS 23 21 059 it is known the optical Aligning the axes of a sighting device and a goniometer working in the IR spectral range, that first of all an aiming point located almost at infinity is sighted via the sighting device. on A test device with an ocular system is attached to the viewing opening of the goniometer, with the the aiming point aimed at by the sighting device is also aimed at. The test facility has the a point light source that emits light in the visible and IR spectral range, as well as a mirror system on, with which the image simulates a point of orientation that is practically in infinity Point light source <m the goniometer and which can be mirrored into the ocular system The testing device is adjusted so that the aiming point via the ocular system and the image point of the point light source coincide in the ocular system. The optical axis of the goniometer is then on the image point the point light source aligned so that now the optical axes of the sighting device and the goniometer are parallel.

Die optischen Achsen aller Geräte können auf diese Weise nur dann hinlänglich genau ausgerichtet werden, wenn der von dem Visiergerät und der Prüfeinrichtung anvisierte Richtpunkt ausreichend weit von den optischen Geräten entfernt ist, so daß der Richtpunkt als quasi im Unendlichen liegend angesehen werden kann. Die Ausrichtung kann daher nur in freier Natur erfolgen.The optical axes of all devices can only be aligned with sufficient accuracy in this way if the aiming point of the sighting device and the testing device is sufficiently far from the optical devices is removed, so that the point of view can be viewed as being almost at infinity can. The alignment can therefore only take place in the wild.

Hinzu kommt, daß die vom Goniometer erfaßte Größe des durch die Punktlichtquelle simulierten Richtpunktes im IR-Spektralbereich und hier insbesondere im für Goniometer typischen Spektralbereich zwischen 8 und 12 μ stark durch BeugungseffekteIn addition, the size detected by the goniometer is simulated by the point light source Point of reference in the IR spectral range and here in particular in the spectral range typical for goniometers between 8 and 12 μ strong due to diffraction effects

so beeinflußt wird. Bii mit heute üblichen Panzerabwehrflugkörpern erreichbaren Zielentfernungen zwischen 2 und 4 Kilometern muß eine Ausrichtgenauigkeit der optischen Achsen von Visiergerät und Goniometer von ca. ±0,1 mrad verlangt werden, um die Treffergenauigkeit nicht negativ zu beeinflussen. Für den Spektralbereich mit Wellenlängen um 10 μ kann gezeigt werden, daß die im Goniometer simulierte Richtpunktgröße einen Durchmesser von ca. 2 mrad hat; um die oben genannte Ausrichtgenauigkeit erzielen zu können, müssen entsprechende Vorrichtungen vorgesehen sein, um die optische Achse des Goniometers im simulierten Richtpunkt zu zentrieren, was einen nicht unerheblichen Aufwand erfordert.so influenced. Bii with anti-tank missiles that are common today achievable target distances between 2 and 4 kilometers must be an alignment accuracy of Optical axes of sighting device and goniometer of approx. ± 0.1 mrad are required to ensure accuracy not to affect negatively. For the spectral range with wavelengths around 10 μ it can be shown that that the reference point size simulated in the goniometer has a diameter of approx. 2 mrad; to the above To be able to achieve the mentioned alignment accuracy, appropriate devices must be provided, to center the optical axis of the goniometer in the simulated alignment point, which is a not insignificant Requires effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Parallellelausrichten der optischen Achsen mehrerer optischer Geräte so zu verbessern, daß die Ausrichtung wesentlich vereinfacht wird und auch die optischen Achsen von im IR-SpektralbereichThe invention is based on the object of the device for parallel alignment of the optical To improve axes of several optical devices so that the alignment is significantly simplified and also the optical axes of in the IR spectral range

arbeitenden Geräten sehr genau ausgerichtet werden können.working devices can be aligned very precisely.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung als Vorsatzgerät für die optischen Geräte vorgesehen ist, daß die Vorrichtung eine den Richtpunkt für die optischen Geräte ins Unendliche transformierende Optik mit in einen für den sichtbaren und in einen dazu parallel gerichteten, für den IR-Spektralbereich aufgeteilten Strahlengangzweigen aufweist, und daß in dem Strahlengangzweig zwischen Punktlichtquelle und den im IR-Spektralbereich empfindlichen optischen Geräten Filter angeordnet sind, deren Durchlaßfrequenz zwischen der Arbeitsfrequenz der jeweiligen im IR-Spektralbereich empfindlichen Geräte und der von der Temperatur der Punktlichtquelle !abhängigen, von diesen Geräten noch erfaßten höchsten Grenzfrequenz liegtThis object is achieved according to the invention in that the device as an attachment for the optical equipment is provided that the device an optic that transforms the point of reference for the optical devices into infinity into one for the visible and divided into a parallel beam path for the IR spectral range has, and that in the beam path branch between point light source and that in the IR spectral range sensitive optical devices filters are arranged, their pass frequency between the Working frequency of the respective devices sensitive in the IR spectral range and that of the temperature of the Point light source! Dependent, highest cut-off frequency still detected by these devices lies

Die Ausrichtung der optischen Achsen der miteinander verbundenen optischen Geräte erfolgt gemäß der Erfindung durch eine einzige kompakte Vorrichtung, so daß eine Ausrichtung in freier Natur nicht mehr notwendig ist Hierdurch wird die Aasrichtung wesentlich vereinfacht.The alignment of the optical axes of the interconnected optical devices is carried out in accordance with Invention by a single compact device, so that an alignment in the wild is no longer is necessary This considerably simplifies the alignment.

Zudem wird auch die Ausrichtgenauigkeit für die optischen Achsen der IR-Geräte auf einfache Weise erhöht Mit der Erfindung wird nämlich ausgenutzt, daß die heute verfügbaren, im IR-Spektralbereich arbeitenden Geräte, also insbesondere Wärmebildgeräte, im oberen, zur Frequenz des sichtbaren Lichtes verschobenen Spektralbereich entsprechend Wellenlängen von Ί bis 2 μ zwar nur Empfindlichkeiten von wenigen Prozent aufweisen, aber doch noch Signale auswerten, wenn nur die Temperatur der den im Unendlicher liegenden Richtpunkt simulierenden Punktlichtquelle wesentlich größer als die Umgebungstemperatur ist. So kann etwa für ein im ΙΟ-μ-Spektralbereich empfindliches Wärmebildgerät ein Filter verwendet werden, dessen Durchlaßfrequenz einer Wellenlänge von etwa 1 bis 2 μ entspricht Wärmebildgeräte haben in diesem Bereich zwar nur etwa 1% ihrer maximalen Empfindlichkeit, können jedoch noch eine Punktlichtquelle detektieren, deren Temperatur etwa 100 K oberhalb der Umgebungstemperatur liegt Als Punktlichtquelle kann etwa eine Glühlampe mit einer Fadentemperatur von ca. 2800 K verwendet werden, die Licht in dem angesprochenen IR-Spektralbereich in zur Detektion ausreichender Intensität abstrahlt Eei den angegebenen Werten beträgt z. B. die Richtpunktgröße im Wärmebildgerät aufgrund der Beugung lediglich etwa 03 mrad, womit sich Ausrichtgenauigkeiten von ±0,1 mrad sehr genau erzielen lassen. Da die Punktlichtquelle auch Licht im sichtbaren Licht abstrahlt, können hiermit auch die optischen Achsen der anderen optischen Geräte ausgerichtet werden.In addition, the alignment accuracy for the optical axes of the IR devices is also easily achieved The invention makes use of the fact that the currently available, working in the IR spectral range Devices, so in particular thermal imaging devices, shifted in the upper, to the frequency of visible light Spectral range corresponding to wavelengths from Ί to 2 μ only sensitivities of a few Percent, but still evaluate signals, if only the temperature of the infinite point light source simulating lying guide point is much greater than the ambient temperature. So can be for a sensitive in the ΙΟ-μ-spectral range Thermal imaging device a filter can be used, the transmission frequency of which has a wavelength of about 1 up to 2 μ corresponds to thermal imaging devices in this area only have about 1% of their maximum sensitivity, can, however, still detect a point light source whose temperature is about 100 K above the The point light source can be an incandescent lamp with a filament temperature of approx. 2800 K are used, the light in the mentioned IR spectral range in for detection Eei emits sufficient intensity as indicated Values is e.g. B. the reference point size in the thermal imaging device due to the diffraction only about 03 mrad, with which alignment accuracies of ± 0.1 mrad can be achieved very precisely. Because the point light source too Light that emits in visible light can also be used to control the optical axes of other optical devices be aligned.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch eine Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Achsen zweier optischer Geräte parallel zueinander gemäß dor Erfindung dargestellt istThe invention is explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to the drawing, in which, schematically a device for aligning the optical axes of two optical devices parallel to one another is shown according to the invention

Eine Vorrichtung 1 zum Ausrichten der optischen Achsen 2 und 3 eines hier nur angedeuteten Visiergerätes 4 und eines ebenfalls nur schematisch dargestellten Wärmebildgerätes 5 weist eine Punkilichtquelle 6 auf, die auf der Achse 7 im Brennpunkt einesA device 1 for aligning the optical axes 2 and 3 is only indicated here Sighting device 4 and a thermal imaging device 5, which is also only shown schematically, has a point light source 6 on the axis 7 at the focal point of a

Kollimators 8 angeordnet ist Das Wärmebildgerät ist im Spektralbereich um 10 μ maximal empfindlich; die dieser Wellenlänge entsprechende Frequenz wird weiterhin als Arbeitsfrequenz bezeichnetCollimator 8 is arranged. The thermal imaging device is maximally sensitive in the spectral range around 10 μ; the The frequency corresponding to this wavelength will continue to be referred to as the working frequency

Die Punktlichtquelle, die sichtbares und im vom Wärmebildgerät erfaßten Frequenzbereich liegendes Licht abgibt, wird über geeignete Umlenkelemente 9 und 10, wie Prismen oder Tripelspiegel, in die Geräte 4 und 5 eingeblendet und in diesen als um Unendlichen liegender Richtpunkt abgebildet Mit hier nicht riargestellten Justierungsmitteln werden die optischen Achsen 2 und 3 der Geräte 4 und 5 jeweils auf den Richtpunkt eingestellt, so daß danach die Achsw 2 und 3 zueinander parallel sind.The point light source, the visible one and the one lying in the frequency range recorded by the thermal imaging device Emits light, is via suitable deflection elements 9 and 10, such as prisms or cube-corner mirrors, into the devices 4 and 5 faded in and shown in this as a point of reference lying at infinity. With not shown here The optical axes 2 and 3 of the devices 4 and 5 are each aligned with the alignment point set, so that afterwards the Axes 2 and 3 to each other are parallel.

In den Strahlengang zwischen der Punktlichtquelle 6 und dem Wärmebildgerät 5 ist ein Filter 11 angeordnet, das Strahlung im Bereich von 1—2 μ durchläßt Die Durchiaßfrequenz des Filters 11 liegt daher zwischen der Arbeitsfrequenz des Wärmebildgerätes und der Frequenz des sichtbaren Lichtes. Das Wärmebildgerät hat in diesem Spektralbereich nur mehr eine Empfindlichkeit von wenigen Prozent gegenüber der maximalen Empfindlichkeit der Richtpunkt kann jedoch ohne weiteres ausgewertet werden, wenn die Punktlichtquelle 6 eine Temperatur von ca. 100 K oberhalb der Umgebungstemperatur hat. In diesem Fall ist die Punktlichtquelle eine Glühlampe mit ca. 2800 K, wobei der Lampenglaskolben bei der Durchlaßfrequenz des Filters 11 bei der hohen Lampenteniperatur noch genügend transparent ist. Läßt man etwa, damit die Eintrittspupillen der optischen Geräte durch den Kollimator 8 nur unwesentlich abgedeckt werden, als Kollimatoreintrittsquerschnitt D einen Querschnitt von ca. 1 cm² zu, so ergibt sich der minimale Durchmesser d der Funklichtquelle im Spektralbereich von 1,5 μ zuIn the beam path between the point light source 6 and the thermal imaging device 5, a filter 11 is arranged which allows radiation in the range of 1-2μ to pass through. The transmission frequency of the filter 11 is therefore between the operating frequency of the thermal imaging device and the frequency of visible light. In this spectral range, the thermal imaging device only has a sensitivity of a few percent compared to the maximum sensitivity. In this case the point light source is an incandescent lamp with approx. 2800 K, the lamp glass bulb still being sufficiently transparent at the pass frequency of the filter 11 at the high lamp temperature. If, for example, a cross section of approx. 1 cm ^{2 is allowed} as the collimator entry cross section D so that the entrance pupils of the optical devices are only insignificantly covered by the collimator 8, the minimum diameter d of the radio light source results in the spectral range of 1.5 μ

d =d =

2,44 · Λ2.44 · Λ
DD.

wobei λ die Wellenlänge des vom Filter 11 hindurchgelassenen Lichtes istwhere λ is the wavelength of the filter 11 transmitted Is light

so Mit den obigen Werten ergibt sich hiermit eine Richtpunktgröße von ca. 036 mrad, womit sich eine Achsausrichtgenatygkeit von ±0,1 mrad leicht erzielen läßt. Ohne Filter 11 betrüge der minimale Durchmesser d des im Wärmebildgerät 5 abgebildeten Richtpunktes ger/.äE der obigen Formel etwa 2,4 mrad.so With the above values this results in a reference point size of approx. 036 mrad, with which an axis alignment capability of ± 0.1 mrad can easily be achieved. Without the filter 11, the minimum diameter d of the directional point shown in the thermal imaging device 5 would be approximately 2.4 mrad.

Hierzu Ϊ Blatt ZeichnungenFor this purpose Ϊ sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1, device for aligning the optical axes of multiple optical devices parallel to each other, with at least one of the devices one in the IR spectral range and here at a specific one Frequency (working frequency) is the maximum sensitive device, in particular a thermal imaging device, where the optical axes of all devices to one by means of adjustment means provided on the devices common, quasi-infinite directional point can be aligned and for the IR device one that simulates the image of the alignment point and emits light in the visible and IR spectral range Point light source is provided, characterized in that the device (1) as Attachment for the optical devices (4, 5) is provided that the device (1) one the Point of reference for the optical devices (4, 5) optics (8,9,10) transforming into infinity with in one for the visible and one for the IR spectral range directed parallel to it Has beam path branches, and that in the beam path branch between point light source and the optical devices (5), which are sensitive in the IR spectral range, have filters (It) Pass frequency between the working frequency of the respective sensitive in the IR spectral range Devices and those dependent on the temperature of the point light source, from these devices detected highest cut-off frequency is (see. Figure).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at an Aibeits frequency of the im IR frequency range ai agile optical devices (5) corresponding to the spectral range of 10 μ die The pass frequency of the filter (11) is in the range 1 to 2 μ and the point light source in the spectral ranges of the devices to be aligned (4, 5) for Detection emits enough energy and is preferably an incandescent lamp