DE3516377C1 - Stabilised observation and viewing device for mounting on helicopter platform - Google Patents
Stabilised observation and viewing device for mounting on helicopter platformInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine stabilisierte Beobachtungs einrichtung zur Anbringung an einer Plattform, beispiels weise eines Landfahrzeugs, eines Schiffs oder bevorzugt eines Hubschraubers.The invention relates to a stabilized observation device for attachment to a platform, for example as a land vehicle, a ship or preferred a helicopter.
In vielen Fällen, beispielsweise in Systemen für die Durch führung von insbesondere artilleristischem Schießen oder zur Lenkung von Raketen oder dergleichen gegen ein Ziel objekt, muß die Beobachtungs- bzw. Visiereinrichtung dafür sorgen, daß die Visierlinien (bzw. optischen Achsen) der verschiedenen Sensoren, Empfänger oder Strahlenquellen, die auf unterschiedlichen spektralen Bändern arbeiten, bezüglich des Höhenwinkels und des Seitenwinkels gleich zeitig ausgerichtet und stabilisiert werden. Es sind Visiereinrichtungen bekannt mit Sensoren und Empfängern, von denen einige im sichtbaren Bereich und im nahen Infra rotbereich arbeiten, d. h. praktisch in einem Wellenlängen bereich von 0,4 bis 2,5 Mikrometern, und von denen die anderen im thermischen Infrarotbereich arbeiten, d. h. in einem Wellenlängenbereich zwischen 3 und 14 Mikrometern (häufig zwischen 8 und 12 Mikrometern).In many cases, for example in systems for the through command of especially artillery shooting or for guiding missiles or the like against a target object, the observation or sighting device must ensure that the lines of sight (or optical axes) the various sensors, receivers or radiation sources, that work on different spectral bands, equal in terms of elevation angle and side angle be aligned and stabilized at an early stage. There are Sighting devices known with sensors and receivers, some of which are in the visible and near infra red area work, d. H. practically in one wavelength range from 0.4 to 2.5 micrometers, and of which the others work in the thermal infrared range, d. H. in a wavelength range between 3 and 14 micrometers (often between 8 and 12 microns).
Es ist bereits eine stabilisierte Mehrwege-Visiereinrichtung bekannt mit einem ersten Rahmenteil bzw. Hauptteil, welches um eine äußere Achse (im allgemeinen die Seiten winkelachse) mit Hilfe eines Stellmotors schwenkbar ist und mit einem zweiten Rahmenteil bzw. Hauptteil, welches am ersten Hauptteil derart gelagert ist, daß es um eine zur ersten Achse parallele zweite Achse (im allgemeinen die Höhenwinkelachse) mit Hilfe eines zweiten Stellmotors schwenkbar ist ( WO-A 82 00 515). Die Stellmotoren können von Schaltkreisen in Abhängigkeit von Signalen gesteuert werden, welche von einem Kreisel geliefert werden, dessen empfindliche Achse einer beizubehaltenden Visierlinie entspricht. Eine sehr aufwendige Lösung (US-A-4 393 597) besteht darin, daß man zwischen dem zweiten Hauptteil und den zu stabilisierenden Organen eine zusätzliche Orientierungs-Einstelleinrichtung vor sieht mit einer Bewegungsachse (Lateral- bzw. Querachse) senkrecht zur Zwischenachse (insbesondere die zwischen den beiden Hauptteilen vorgesehene Achse). Die Orientie rungseinstellung bezüglich der Lateralachse wird gemäß den vom Kreisel gelieferten Signalen durch eine Regel schaltung bewirkt, während der Stellmotor bezüglich der ersten Achse mit einem einfachen Stell-System versehen ist, welches von einem Detektor für Winkel abweichungen der Lateralachse in Bezug auf eine Soll-Lage, insbesondere die Geschützeinstellung, gesteuert wird.It is already a stabilized multi-way sighting device known with a first frame part or main part, which is about an outer axis (generally the sides angular axis) is pivotable with the aid of a servomotor and with a second frame part or main part, which is mounted on the first main part such that it is a second axis parallel to the first axis (in general the elevation angle axis) with the help of a second servomotor is pivotable (WO-A 82 00 515). The servomotors can of circuits depending on signals are controlled, which are supplied by a gyro be, the sensitive axis of which is to be maintained Line of sight corresponds. A very complex solution (US-A-4 393 597) is that between the second main part and the organs to be stabilized an additional orientation setting device sees with a movement axis (lateral or transverse axis) perpendicular to the intermediate axis (especially the between the two main parts). The Orientie The setting with regard to the lateral axis is according to the signals supplied by the gyro by a rule circuit causes while the servomotor with respect the first axis with a simple positioning system which is provided by an angle detector deviations of the lateral axis in relation to a target position, especially the gun setting is controlled.
Die Aufgabe der Erfindung liegt insbesondere darin, eine stabilisierte Beobachtungs- bzw. Visiereinrichtung bereit zustellen, welche den praktischen Anforderungen besser genügt als die bisher bekannten Einrichtungen, insbesondere dadurch, daß sie die Ausrichtung und Stabilisierung sämtlicher Strahlenwege sicherstellt unter Zuhilfenahme eines speziellen Visier-Spiegels und dadurch, daß sie Modulaufbau aufweist, welcher den Austausch eines Sensors oder einer Quelle gegen eine andere erleichtert.The object of the invention is in particular a stabilized observation or sighting device ready to deliver which the practical requirements better is sufficient than the previously known devices, in particular in that they have alignment and stabilization ensures all radiation paths with the help a special visor mirror and that Module structure, which the replacement of a sensor or relieved one source against another.
Zur Lösung dieser Aufgabe bei einer stabilisierten Beobachtungs- bzw. Visiereinrichtung der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein mit einem Kreisel versehenes Zentralteil einzusetzen, welches am zweiten Hauptteil über einen Einstellmechanismus für geringe Winkelabweichungen der beiden inneren Achsen, die aufeinander senkrecht stehen und von denen eine parallel zur Zwischenachse verläuft, gelagert ist. Der Einstellmechanismus wird entsprechend der vom Kreisel gelieferten Signale mit Hilfe zweier Regelschaltungen gesteuert, während die Stellmotoren für die äußeren Achsen bzw. die Zwischenachse mit Nachbildungs- bzw. Nachführsystemen (systemes de recopie) versehen sind, die von Detektoren für Winkelabweichungen von der Soll- Lage gesteuert werden. Das Zentralteil ist mit einem einzelnen Richt- bzw. Beobachtungsspiegel über eine Winkel-Einstelleinrichtung verbunden, mit einem 1 : 2 übersetzten Antrieb und einer Verstellachse, die parallel zu derjenigen der beiden inneren Achsen verläuft, welche parallel zur ersten äußeren Achse einstellbar ist.To solve this problem with a stabilized Observation or sighting device of the aforementioned Type is proposed according to the invention, one with a Use a central part provided with a gyro, which second main part via an adjustment mechanism for small angular deviations of the two inner ones Axes that are perpendicular to each other and of which one runs parallel to the intermediate axis, is mounted. The adjustment mechanism will correspond to that of the gyro delivered signals with the help of two control circuits controlled while the servomotors for the outer Axes or the intermediate axis with replica or Tracking systems (systemes de recopie) are provided, detectors for angular deviations from the target Location can be controlled. The central part is with one individual directional or observation mirror over a Angle adjustment device connected, with a 1: 2 translated drive and an adjustment axis that are parallel to that of the two inner axes, which is adjustable parallel to the first outer axis is.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das zweite Hauptteil einen steifen, vorzugsweise einstückigen, gehäuseartigen Rahmen aufweist, welcher nach vorne hin durch eine abgedichtete Haube abge schlossen ist, die mit einem Fenster aus für die Arbeits bereiche der verwendeten Sensoren und Strahlenquellen transparentem Material versehen ist. Das Gehäuse weist zwei seitliche Flanken auf zur abgedichteten und wieder lösbaren Befestigung einer im thermischen Infrarot arbei tenden Kamera einerseits und eines abgedichteten Gehäuses zur Aufnahme von in einem anderen Bereich arbeitenden Einrichtungen andererseits. Die Haube begrenzt einen Raum zur Aufnahme des Zentralteils, des Spiegels für das Richten und die Stabilisierung sowie für eine optische Anordnung, die der Aufteilung des durch das Fenster ein tretenden Strahls in längs unterschiedlicher Wege ver laufende Teilstrahlen sowie der Umlenkung der Teilstrahlen zu den in den entsprechenden Bereichen arbeitenden Ein richtungen hin dient.In a development of the invention, it is proposed that that the second main part is stiff, preferably one-piece, housing-like frame, which Abge forward through a sealed hood is closed with a window out for work areas of the sensors and radiation sources used transparent material is provided. The case points two side flanks on the sealed and again releasable attachment of a work in thermal infrared tendency camera on the one hand and a sealed housing to accommodate people working in another area Facilities on the other. The hood delimits a room to accommodate the central part, the mirror for the Straighten and stabilize as well as for an optical Arrangement that divides the through the window entering beam in different ways along running partial beams and the deflection of the partial beams to the people working in the relevant areas directions.
Die Winkelabweichungen der inneren Achsen bleiben stets sehr gering (wenige Winkelgrade oder mehr) und zwar aufgrund der Nachführung (recopie). Das einzige Eintritts fenster kann geringe Dimensionen annehmen, da der Beobachtungsspiegel unmittelbar hinter ihm angeordnet ist; was äußerst vorteilhaft ist, da es sehr schwierig ist, große Fenster aus für sämtliche Arbeits-Spektral bereiche transparentem Material zu fertigen. Im allge meinen verwendet man Fenster aus Zinksulfid, die Strahlen aus einem Spektralbereich vom Sichtbaren bis zum thermischen Infrarot durchlassen.The angular deviations of the inner axes always remain very low (a few degrees or more) due to the tracking (recopie). The only entry window can take on small dimensions because of the Observation mirror placed immediately behind him is; which is extremely beneficial as it is very difficult is large windows made for all working spectral areas of transparent material. Generally mine use windows made of zinc sulfide, the rays from a spectral range from the visible to the let thermal infrared pass.
Die im thermischen Infrarot arbeitende Kamera kann lös bar an einer Seitenflanke des Rahmens angebracht werden, so daß sie leicht austauschbar ist; die Abdichtung des gehäuseartigen Rahmens kann hierbei durch Einsatz eines Ausgangsfensters erhalten bleiben. Das abgeschlossene Gehäuse kann längs der Zwischenachse (insbesondere die beiden Hauptteile verbindende Achse) verlaufende Strahlen empfangen. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann schließ lich ein unmittelbar angebrachtes Beobachtungsokular (Lunette) aufweisen, welches einem Umlenkspiegel zuge ordnet ist, der die Strahlen längs eines Weges führt, der entlang der ersten Achse (äußere Achse) verläuft.The camera working in thermal infrared can solve bar on one side of the frame, so that it is easily interchangeable; the sealing of the housing-like frame can here by using a Exit window remain. The completed Housing can be along the intermediate axis (especially the rays connecting the two main parts) receive. The device according to the invention can close Lich an immediately attached observation eyepiece (Lunette) have, which zuge a deflecting mirror is arranged, which leads the rays along a path, which runs along the first axis (outer axis).
Erfindungsgemäß wird ferner eine stabilisierte Beobachtungs einrichtung bereitgestellt, welche die (vorzugsweise gleichzeitige) Ausrichtung sämtlicher Strahlenwege er laubt mit Hilfe einer Einrichtung, welche zusätzlich zu einer kollimierten Multispektral-Quelle die gleichen optischen Elemente umfaßt, die für die Aufteilung der Wege des eintretenden Strahls sorgt sowie für die Orientie rung der Wege in Richtung zu den verschiedenen Sensoren.According to the invention, there is also a stabilized observation device provided which the (preferably simultaneous) alignment of all radiation paths leaves with the help of a facility which additionally the same to a collimated multispectral source includes optical elements for the division of the Paths of the entering beam ensures as well as for the Orientie way towards the various sensors.
Die Erfindung wird im folgenden an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:The invention will in the following be preferred Exemplary embodiment explained with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Phantomdarstellung mit einer möglichen Zusammenstellung der Teile bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung in Form einer Visiereinrichtung am Dach eines Hub schraubers; Figure 1 is a simplified perspective phantom view with a possible combination of parts in a device according to the invention in the form of a visor on the roof of a screwdriver.
Fig. 2 eine vereinfachte Gesamtansicht zur Verdeutlichung des modularen Aufbaus der Einrichtung; Figure 2 is a simplified overall view to illustrate the modular structure of the device.
Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 unter Weglassung von Baukomponenten innerhalb einer Haube der Einrichtung; FIG. 3 shows a partial sectional view of the device according to FIG. 1 with the omission of structural components within a hood of the device; FIG.
Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht eines Teils der Einrichtung gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung des optischen Lichtwegs innerhalb des geschlossenen Gehäuses; Fig. 4 is a horizontal sectional view of a portion of the device of Figure 1 to illustrate the optical light path within the closed housing.
Fig. 5 eine schematische Prinzipdarstellung der Nachregel- Systeme der Einrichtung; Fig. 5 is a schematic representation of the principle Nachregel- systems of the device;
Fig. 6 eine Schemadarstellung der verschiedenen Strahlen gänge innerhalb der Einrichtung; und Fig. 6 is a schematic representation of the various beams within the facility; and
Fig. 7 eine schematische Prinzipdarstellung zur Verdeutli chung, wie die verschiedenen Strahlengänge inner halb der Einrichtung gemäß Fig. 1 aufeinander abzustimmen sind. Fig. 7 is a schematic diagram to illustrate how the various beam paths within the device of FIG. 1 are to be coordinated.
Die in den Figuren dargestellte stabilisierte Beobachtungs einrichtung ist zur Montage an einem Fahrzeugdach, dieses durchsetzend, bestimmt. Sie umfaßt:The stabilized observation shown in the figures device is for mounting on a vehicle roof, this assertive, determined. It includes:
- - ein ortsfestes Unterteil 10, welches im Inneren des Fahrzeugs angeordnet ist und in einem Okular-Träger-Arm 12 endet,a stationary lower part 10 , which is arranged inside the vehicle and ends in an eyepiece support arm 12 ,
- - ein erstes Hauptteil (Rahmenteil) 14, welches auf dem Unterteil 10 um eine erste äußere Achse drehbar gelagert ist, wobei diese Achse eine Seitenwinkel-Achse 15 (Fig. 3) bildet;a first main part (frame part) 14 which is rotatably mounted on the lower part 10 about a first outer axis, this axis forming a side angle axis 15 ( FIG. 3);
- - ein zweites Hauptteil (Rahmenteil) 16, welches relativ zum ersten Hauptteil drehbar gelagert ist und zwar um eine zweite äußere, zur ersten Achse senkrechte Achse, die eine Höhenwinkel-Achse 17 (Fig. 2) bildet, wobei das zweite Hauptteil 16 (am ersten Hauptteil 14) derart angeordnet ist, daß es zumindest angenähert im Kräfte gleichgewicht bzw. kräftefrei ist;- A second main part (frame part) 16 , which is rotatably mounted relative to the first main part, specifically about a second outer axis perpendicular to the first axis, which forms an elevation angle axis 17 ( FIG. 2), the second main part 16 (am first main part 14 ) is arranged in such a way that it is at least approximately equilibrium in the forces or free of forces;
- - einen Block (Herz bzw. Kern) 18 innerhalb des zweiten Haupt teils 16, welcher bezüglich der beiden Achsen stabilisiert ist und (hierzu) mit einem Kreisel (Fig. 5) versehen ist und welcher einem Spiegel 22 zum Ausrichten und Stabilisieren zugeordnet ist.- A block (heart or core) 18 within the second main part 16 , which is stabilized with respect to the two axes and (for this purpose) is provided with a gyroscope ( Fig. 5) and which is assigned a mirror 22 for aligning and stabilizing.
Das Unterteil 10 kann beliebigen üblichen Aufbau haben. In der Ausführungsform entsprechend den Figuren umfaßt das Unterteil 10 ein Gußteil 23, welches mit einer Träger platte 24 zur Befestigung auf dem Dach des Fahrzeugs ver sehen ist. An diesem Gußteil 23 ist der Okular-Träger- Arm 12 befestigt, welcher Reflektorelemente zum Umlenken des Strahls zum Okular enthält. Das Gußteil 23, welches dazu vorgesehen ist, den optischen Strahl innerhalb des verwendeten Spektrums entlang der Seitenwinkelachse durch die Trägerplatte 24 hindurchzuleiten, umfaßt einen Umlenkspiegel 25 sowie ein Pechan-Prisma 26. Die Visier einrichtung gemäß den Figuren umfaßt ferner einen Monitor bzw. eine Warnanzeige 28, deren Funktion aus dem folgenden hervorgehen wird, dem zugeordnet ein Projektions-Objektiv, eine Umlenkoptik sowie einen Strahlteiler 30.The lower part 10 can have any conventional structure. In the embodiment according to the figures, the lower part 10 comprises a cast part 23 , which is seen with a support plate 24 for attachment to the roof of the vehicle. On this casting 23 , the eyepiece support arm 12 is attached, which contains reflector elements for deflecting the beam to the eyepiece. The cast part 23 , which is intended to guide the optical beam within the spectrum used along the lateral angle axis through the carrier plate 24 , comprises a deflecting mirror 25 and a Pechan prism 26 . The sighting device according to the figures further comprises a monitor or a warning display 28 , the function of which will appear from the following, to which a projection lens, deflection optics and a beam splitter 30 are assigned .
Das erste Hauptteil 14 mit einstellbarem Seitenwinkel wird von einem Gußteil gebildet, welches am Unterteil 10 mittels eines Lagers (insbesondere Lagerrings) 31 mit vergleichsweise großem Durchmesser gelagert ist. Es ist in seinem oberen Bereich mit einem Fenster 32 versehen, welches Eintreten von Staub in das erste Hauptteil ver hindert (Fig. 3). Das Gußteil trägt auch einen Getriebe motor 34, welcher in einen am Unterteil 10 befestigten Zahnkranz eingreift, um das erste Hauptteil 14 um die Seitenwinkelachse 15 (Fig. 5) in Drehung zu versetzen. Der obere Bereich des Gußteils besteht aus einer Abdeckung mit Armen, die zwei die Höhenwinkelachse 17 definierende Lager 36 tragen.The first main part 14 with an adjustable side angle is formed by a cast part which is mounted on the lower part 10 by means of a bearing (in particular bearing ring) 31 with a comparatively large diameter. It is provided in its upper region with a window 32 , which prevents dust from entering the first main part ( FIG. 3). The cast part also carries a gear motor 34 , which engages in a ring gear attached to the lower part 10 in order to set the first main part 14 in rotation about the side angle axis 15 ( FIG. 5). The upper region of the cast part consists of a cover with arms which carry two bearings 36 which define the height angle axis 17 .
Das zweite bewegliche Hauptteil 16 umfaßt einen Elementen- Support, welcher von einem steifen Rahmen 38 gebildet wird, welches einen Träger hoher Steifigkeit bildet. An dem Rahmen 38 ist eine Haube 40 befestigt mit einem besonderen Fenster 42 aus einem Material, im allgemeinen Zink-Sulfid, welches für den gesamten Arbeitsspektral bereich der Empfänger transparent ist, d. h. vom sicht baren Spektralbereich bis zum thermischen Infrarotbereich. Im rückwärtigen Bereich des Gehäuses 38 sind zwei flache parallele Flankenwände vorgesehen, von welchen die eine zur Aufnahme einer Kamera 44 für den thermischen Infra rotbereich vorgesehen ist, deren optische Achse parallel zu der optischen Achse des Fensters 42 verläuft. Die andere Flankenwand ist zur Aufnahme (bzw. Anbringung) eines geschlossenen Gehäuses 46 vorgesehen, welches unterschied liche Empfänger, je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck enthält. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß das geschlossene Gehäuse 46 ein Abstandsmeßgerät sowie einen Multispektral-Abgleich-Kollimator bzw. Richtgerät sowie die entsprechenden Umlenkoptiken enthält. Die Haube bzw. das Gehäuse 46 ist mit einem Eintrittsfenster 48 versehen, welches Strahlen aus dem Inneren der Lagerzapfen 50 empfängt, über welche das zweite Hauptteil 16 an den Lagern 36 des ersten Hauptteils 14 gelagert ist.The second movable main part 16 comprises an element support, which is formed by a rigid frame 38 , which forms a support of high rigidity. On the frame 38 , a hood 40 is attached with a special window 42 made of a material, generally zinc sulfide, which is transparent to the entire working spectral range of the receiver, ie from the visible spectral range to the thermal infrared range. In the rear area of the housing 38 , two flat parallel flank walls are provided, one of which is intended for receiving a camera 44 for the thermal infrared region, the optical axis of which runs parallel to the optical axis of the window 42 . The other flank wall is provided for receiving (or attaching) a closed housing 46 which contains different receivers, depending on the intended use. In the following description it is assumed that the closed housing 46 contains a distance measuring device and a multispectral adjustment collimator or straightening device and the corresponding deflection optics. The hood or the housing 46 is provided with an entry window 48 which receives rays from the interior of the bearing journal 50 , via which the second main part 16 is mounted on the bearings 36 of the first main part 14 .
In der dargestellten Ausführungsform bildet der steife Rahmen 38 einen Innenraum, in welchen von oben ein Entfernungsmeß-Laser 52 (Fig. 2) oder eine andere optische Einrichtung eingesetzt werden können. In the illustrated embodiment, the rigid frame 38 forms an interior in which a distance measuring laser 52 ( FIG. 2) or another optical device can be used from above.
Das zweite Hauptteil 16 bildet so eine abgedichtete Anordnung, von welcher die vorgesehenen Empfänger ohne Aufhebung der Dichtigkeit entfernt werden können. Die Abdichtung ist nach unten hin durch ein Fenster 54 sowie einen Balg 56 (Fig. 3) gewährleistet.The second main part 16 thus forms a sealed arrangement from which the intended receivers can be removed without removing the tightness. The seal is ensured at the bottom by a window 54 and a bellows 56 ( FIG. 3).
Die in dem vom Rahmen 38 und der Haube 40 begrenzten Auf nahmeraum vorgesehenen optischen Elemente umfassen den Spiegel 22 zum Ausrichten und Stabilisieren, welcher sämtlichen Strahlengängen gemeinsam ist und dessen Regelung (insbes. Lageregelung) im nachfolgenden noch näher beschrieben wird. Die optischen Elemente umfassen:The optical elements provided in the space delimited by the frame 38 and the hood 40 comprise the mirror 22 for aligning and stabilizing, which is common to all beam paths and whose control (in particular position control) is described in more detail below. The optical elements include:
- - eine dichroitische Platte 58 zur Abtrennung des thermisch- Infrarot-Strahls von den Strahlen im sichtbaren Bereich und nahen Infrarotbereich, wobei die letzteren Strahlen nach hinten (Fig. 6) reflektiert werden.a dichroic plate 58 for separating the thermal infrared ray from the rays in the visible and near infrared range, the latter rays being reflected to the rear ( FIG. 6).
- Der thermisch-Infrarot-Strahl wird von einem Spiegel 60 umgelenkt und über ein Fenster 62 in Richtung auf eine thermisch-Infrarot-Kamera 44 gerichtet;The thermal infrared beam is deflected by a mirror 60 and directed via a window 62 towards a thermal infrared camera 44 ;
- - eine zweite dichroitische Platte 64, die den von der ersten Platte 58 reflektierten Strahl in einen zur Lunette bzw. zum Okular des Okular-Träger-Arms 12 geführten sichtbaren Strahl sowie einen reflektierten Strahl aufteilt, welcher letztere über Spiegel 66 und 68 dem Gehäuse 46, welches ein Abstandsmeßgerät enthält, zugeführt wird;a second dichroic plate 64 , which divides the beam reflected by the first plate 58 into a visible beam directed to the bezel or eyepiece of the eyepiece support arm 12 and a reflected beam, the latter via mirrors 66 and 68 to the housing 46 , which contains a distance measuring device, is supplied;
- - und eine dritte dichroitische Platte 70- hinter der dichroitischen Platte 64, die den Beobachtungsstrahl entlang der Seitenwinkelachse 15 zur Lunette (bzw. Okular am Okular-Träger-Arm 12) umlenkt und die einfallende und reflektierte Strahlen des beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometern arbeitenden Abstands meß-Lasers hindurchläßt (Fig. 7).and a third dichroic plate 70 behind the dichroic plate 64 , which deflects the observation beam along the lateral angle axis 15 to the bezel (or eyepiece on the eyepiece support arm 12 ) and the incident and reflected rays of, for example, at a wavelength of 1, 06 micrometers working distance measuring laser passes ( Fig. 7).
Das Herz bzw. der Stabilisierungsblock 18 innerhalb des zweiten Hauptteils 16 dient der Fein-Regelung in bezug auf den Seitenwinkel und den Höhenwinkel. Er ist um zwei zuein ander senkrecht stehende Achsen drehbar gelagert. Die äußere Achse bildet eine zur Achse 17 parallele Höhenwinkelachse 72. Sie ist in bezug auf eine bzw. die vom Rahmen 38 gehalterte Kappe 40 definiert. Die andere, innere Achse 74, die eine Querachse bildet, verläuft parallel zur Seitenwinkelachse 15) sofern der Höhenwinkel Null beträgt. Das Herz bzw. der Stabilisierungsblock 18 lagert den Sta bilisierungskreisel 20, dessen Spin-Achse kollinear bzw. parallel zur Visierlinie ist. Der Visierspiegel 22 wird von einem Rahmen gehaltert, welcher einer um die äußere Achse 72 drehenden Anordnung zugehörig ist. Diese Anordnung wird zur Drehung um eine zur Querachse 74 parallele Achse von einer metallischen Treibriemenkupplung 76 ange trieben, die für ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 sorgt.The heart or the stabilization block 18 within the second main part 16 serves to fine-tune the lateral angle and the elevation angle. It is rotatably mounted about two mutually perpendicular axes. The outer axis forms a height angle axis 72 parallel to axis 17 . It is defined with respect to one or the cap 40 held by the frame 38 . The other, inner axis 74 , which forms a transverse axis, runs parallel to the side angle axis 15 ) provided the height angle is zero. The heart or the stabilization block 18 supports the stabilization gyro 20 , whose spin axis is collinear or parallel to the line of sight. The sighting mirror 22 is held by a frame which is associated with an arrangement rotating about the outer axis 72 . This arrangement is driven to rotate about an axis parallel to the transverse axis 74 by a metallic drive belt coupling 76 , which ensures a transmission ratio of 1: 2.
Jeder Achse 72 und 74 ist eine Stabilisierungs-Regelschleife zugeordnet, umfassend einen Drehmoment-Motor 78 bzw. 80 sowie eine Regelschaltung 82 bzw. 84, die bestrebt sind, das Herz bzw. den Block 18 in eine der Nullstellung des Kreisels entsprechende Position zurückzubewegen.A stabilization control loop is assigned to each axis 72 and 74 , comprising a torque motor 78 and 80 as well as a control circuit 82 and 84 , which endeavor to move the heart or the block 18 back into a position corresponding to the zero position of the gyro.
Die Winkelabweichungen des Blocks 18 in bezug auf seine Nenn-Position werden mit Hilfe zweier Rückstellkreise (frz.: boucles de recopie) sehr klein gehalten, die bestrebt sind, die Winkelabwei chungen des Kerns 18 bezüglich der Höhenwinkelachse 72 und der Querachse 74 auf Null zurückzuführen.The angular deviations of the block 18 with respect to its nominal position are kept very small with the aid of two reset circles (French: boucles de recopie), which endeavor to reduce the angular deviations of the core 18 with respect to the height angle axis 72 and the transverse axis 74 to zero .
Der Rückstellkreis für den Höhenwinkel umfaßt einen nicht dargestellten Abweichungs-Detektor für den Höhenwinkel des Blocks 18, eine Regelschaltung 86 und einen Dreh momentmotor 88, der in einen Zahnkranz des zweiten Haupt teils 16 eingreift. Der andere Rückstellkreis mit ähn lichem Aufbau wie der erste umfaßt eine Regelschaltung 90 sowie den Getriebemotor 34, der ein Drehen des ersten Hauptteils 14 nach der Seite am Unterteil 10 erlaubt. Es erscheint hier nicht erforderlich, den Aufbau der Schaltungen im einzelnen zu beschreiben (siehe hierzu US-Patent 4 393 597 der Anmelderin).The reset circuit for the elevation angle comprises a deviation detector, not shown, for the elevation angle of the block 18 , a control circuit 86 and a torque motor 88 which engages in a ring gear of the second main part 16 . The other return circuit with a similar structure to the first comprises a control circuit 90 and the geared motor 34 , which allows the first main part 14 to be turned laterally on the lower part 10 . It does not seem necessary here to describe the structure of the circuits in detail (see applicant's US Pat. No. 4,393,597).
Diese Anordnung sorgt dafür, daß die beiden Achsen des Blocks 18 stets eine mit der Visierlinie zusammenstimmende Position einnehmen, bis auf Fehler der Rückstellung (recopie). Es ergibt sich der wesentlich Vorteil, daß die Trägheit bzw. das Trägheitsverhalten bezüglich der beiden Achsen 72, 74 stabilisiert ist. Darüber hinaus bleibt der Vorteil erhalten bzw. bleiben die Funktionen des Systems unbeeinflußt, gleichgültig wie groß der Höhen winkel ist.This arrangement ensures that the two axes of the block 18 always assume a position matching the line of sight, except for errors in the reset (recopy). The main advantage is that the inertia or the inertia behavior with respect to the two axes 72 , 74 is stabilized. In addition, the advantage is retained or the functions of the system remain unaffected, no matter how large the height angle is.
Die im folgenden beschriebene Einrichtung ist besonders dafür geeignet, eine Anordnung mehrerer Arbeitsstrahlengänge gleichzeitig aufeinander abzustimmen bzw. auszurichten.The facility described below is special suitable for an arrangement of several working beam paths to coordinate or align them simultaneously.
Die Ausricht-Einrichtung umfaßt eine sämtlichen Strahlen gemeinsame Referenzeinheit, bestehend aus einer multispektralen Quelle 92 mit zugeordneten optischen Elementen 94 zur Kollimation ins Unendliche (ggf. als Parallelstrahl) und zur Umlenkung (Fig. 7). Die Einfügung (Einblendung) dieser Referenz in sämtliche Strahlengänge (thermisches Infrarot, nahes Infrarot, sichtbarer Bereich) wird durch eine Anordnung erreicht, unter Berücksichtigung einer geeigneten Behandlung bzw. Einstellung der bereits ander weitig erforderlichen dichroitischen Platten und von Retro- Reflektoren. Das Bild der Referenz innerhalb bestimmter Strahlengänge bzw. Strahlen legt die Visierlinie fest; Bezüglich der anderen Strahlen ermöglicht die Referenz das Ausrichten bzw. Einstellen der Visierlinie bzw. Beobach tungslinie mit Hilfe entsprechender Justierelemente.The alignment device comprises a reference unit common to all beams, consisting of a multispectral source 92 with associated optical elements 94 for collimation to infinity (possibly as a parallel beam) and for deflection ( FIG. 7). The insertion (overlay) of this reference in all beam paths (thermal infrared, near infrared, visible range) is achieved by an arrangement, taking into account a suitable treatment or adjustment of the dichroic plates and retro reflectors which are otherwise required. The image of the reference within certain beam paths or beams defines the line of sight; With regard to the other beams, the reference enables the line of sight or observation line to be aligned or adjusted with the aid of corresponding adjusting elements.
Die Ausricht-Einrichtung (Harmonisierungseinrichtung), die im folgenden anhand der Fig. 7 erläutert wird, entspricht einer Anordnung umfassend die Wege eines direkten, sichtbaren (optischen) Strahls, eines Strahls eines Telemetrie- bzw. Abweichungsmeß-Lasers, eines Strahls im thermischen Infrarot sowie eines Entfernungsmeß-Strahls.The alignment device (harmonization device), which is explained below with reference to FIG. 7, corresponds to an arrangement comprising the paths of a direct, visible (optical) beam, a beam from a telemetry or deviation measurement laser, a beam in thermal infrared and a distance measuring beam.
Die Ausrichtung des Strahlengangs des direkten optischen Strahls erhält man dadurch, daß man das sichtbare Bild eines Fadenkreuzes zur Festlegung der Visierlinie der Lunette bzw. des Beobachtungsfernrohrs projiziert. Die vom Kolli mator (optisches Element 94) abgegebenen sichtbaren Lichtstrahlen durchqueren die dichroitischen Platten 68 und 64 ebenso wie der Teil des Spektrums im Bereich von 1,6 Mikrometern, welcher der abgegebenen Strahlung des Telemetrie- bzw. Abweichungsmeß-Lasers 52 entspricht. Nachdem der Strahl die Platte 64 durchquert hat, wird er zur Rückseite dieser Platte mit Hilfe eines Retro-Reflektors 96 (z. B. um 180°) zurückreflektiert. Die Platte 64 ist derart bearbeitet, daß sie diese Strahlen reflektiert und dadurch zurücklenkt (Fig. 7). Der sichtbare Teil der Strahlung (der Multi-Spektral quelle 92) wird zur Lunette (Zielfernrohr bzw. Okular am Arm 12) durch Reflektion an der dritten dichroitischen Platte 70 hin reflektiert, und zwar gleichzeitig mit den von der betrachteten äußeren Szene gelieferten Strahlen. Derjenige Teil der Strahlung, der die dichroitische Platte 70 durchquert, ermöglicht die Harmonisierung (Ausrichtung bzw. Justierung) des Strahls des Telemetrie- bzw. Ab weichungsmeß-Lasers 52. Die Aufnahmeoptik des Lasers 52 ist mit einer Diode 98 mit vier Quadranten gekoppelt, welche symmetrisch ist in bezug auf ein Analysier-Loch 100 (insbesondere Lochblende) und welche starr mit einem mit dem Loch ausgebildeten Teil verbunden ist. Ein Diaspora meter (frz.: Diasporamètre) 102 (insbesondere Doppelkeilprisma gemäß Fig. 7 mit vorzugsweise identischem Keilwinkel beider aufeinanderfolgend angeordneten Prismen), welcher vor der Emissions-Optik sowie der Aufnahme-Optik des Lasers 52 angeordnet ist, wobei die Optiken relativ zueinander feststehen, erlaubt eine wahlweise Verlagerung der Visier achse des Lasers 52. Das Diasporameter 102 kann von Hand eingestellt werden oder mit Hilfe eines Befehlssignals in die richtige Einstellung gebracht werden, welches von der Vierquadrant-Diode abgegeben wird. Hierbei wird die Ver drehung des einen Prismas gegenüber dem anderen Prisma des Diasporameters 102 veranlaßt, bis die Visierachse des Lasers mit dem Referenzstrahl übereinstimmt.The alignment of the beam path of the direct optical beam is obtained by projecting the visible image of a crosshair to determine the line of sight of the bezel or the observation telescope. The visible light rays emitted by the collimator (optical element 94 ) traverse the dichroic plates 68 and 64 as well as the part of the spectrum in the range of 1.6 micrometers which corresponds to the emitted radiation of the telemetry or deviation measuring laser 52 . After the beam has passed through plate 64 , it is reflected back to the back of this plate with the aid of a retro reflector 96 (for example by 180 °). The plate 64 is processed in such a way that it reflects these rays and thereby deflects them back ( FIG. 7). The visible part of the radiation (the multi-spectral source 92 ) is reflected towards the bezel (riflescope or eyepiece on the arm 12 ) by reflection on the third dichroic plate 70 , at the same time as the rays supplied by the external scene under consideration. The portion of the radiation that passes through the dichroic plate 70, allows the harmonization (alignment or adjustment) of the beam of the telemetry or Ab weichungsmeß laser 52nd The optics of the laser 52 are coupled to a diode 98 with four quadrants, which is symmetrical with respect to an analysis hole 100 (in particular pinhole) and which is rigidly connected to a part formed with the hole. A diaspora meter (French: Diasporamètre) 102 (in particular double wedge prism according to FIG. 7 with preferably identical wedge angle of both successively arranged prisms), which is arranged in front of the emission optics and the recording optics of the laser 52 , the optics being fixed relative to one another , allows an optional shift of the sighting axis of the laser 52 . The diasporameter 102 can be set manually or brought into the correct setting with the aid of a command signal which is emitted by the four-quadrant diode. Here, the rotation of one prism relative to the other prism of the slide parameter 102 is caused until the sighting axis of the laser coincides with the reference beam.
Die Ausrichtung (Abgleich- bzw. Justierung) des Strahlenwegs im thermischen Infrarot kann nicht in der gleichen Weise wie bei den sichtbaren Strahlen durchgeführt werden, da es im allgemeinen nicht möglich ist, in die thermisch-Infra rot-Kamera 44 unmittelbar die Entsprechung des Fadenkreuzes mit Strahlen im Wellenlängenbereich von 10 Mikrometern zu projizieren. Man kann auch keinen Elementar-Punkt (anstelle des Fadenkreuzes) einsetzen, da dieser sich in der Aufnahme-Ebene der thermisch-Infrarot-Kamera 44 in einen Beugungsfleck umwandelt.The alignment (adjustment) of the beam path in the thermal infrared cannot be carried out in the same way as for the visible beams, since it is generally not possible to directly match the crosshairs in the thermal-infrared camera 44 to project with rays in the wavelength range of 10 micrometers. It is also not possible to use an elementary point (instead of the crosshair), since this converts into a diffraction spot in the plane of the thermal-infrared camera 44 .
Die Ausrichtung des Infrarot-Strahlenweges wird dadurch vorgenommen, daß man das elektronische Fadenkreuz der Kamera 44 (das die Visierlinie der Kamera markiert) mit einer Referenz in Übereinstimmung bringt, die von einem Brechungs- bzw. Beugungsfleck gebildet wird. Hierzu ist die Kamera 44 mit zwei nicht dargestellten Stelleinheiten versehen, die die Verschiebung des elektroni schen Fadenkreuzes in der Bildebene der Kamera in zwei zueinander orthogonalen Richtungen erlaubt. Die Bildung des Beugungsflecks bzw. -bildes wird über eine optische Anordnung erreicht, die das optische Element 94 (Spiegel), die in direkter Reflexion arbeitende dichroitische Platte 64, die in Transmission arbeitende dichroitische Platte 58, einen Retro-Reflektor 104 (Dachprisma mit 180° Reflexion), die in Reflexion arbeitende dichroitische Platte 58 und den Spiegel 60 umfaßt. Alignment of the infrared ray path is accomplished by matching the electronic crosshair of camera 44 (which marks the line of sight of the camera) with a reference formed by a diffraction spot. For this purpose, the camera 44 is provided with two adjusting units, not shown, which allows the electronic crosshair to be shifted in the image plane of the camera in two mutually orthogonal directions. The formation of the diffraction spot or image is achieved via an optical arrangement which comprises the optical element 94 (mirror), the dichroic plate 64 working in direct reflection, the dichroic plate 58 working in transmission, a retro reflector 104 (roof prism with 180 ° reflection), which includes reflecting dichroic plate 58 and mirror 60 .
Eine einschwenkbare Maske 106 ist vor dem Retro-Reflektor 104 angeordnet. Zur Harmonisierung bzw. Einjustierung wird die Maske in Position gebracht und anschließend wieder wegbewegt, damit der Beugungsfleck die Beobachtung des Ortungs- bzw. Zielobjekts im Zentrum des Bildfeldes der Kamera 44 nicht stört.A pivotable mask 106 is arranged in front of the retro reflector 104 . For harmonization or adjustment, the mask is brought into position and then moved away again so that the diffraction spot does not interfere with the observation of the location or target object in the center of the image field of the camera 44 .
Die Einjustierung des Abweichungsmessers bzw. Spurverfolgungs gerät (frz. ´cartomètre), welches der Lokalisierung während der Führung einer Lenkrakete zum Ziel durch Bestimmung der Abweichung zwischen der Visierlinie und einer Markierung am hinteren Raketenende dient, wird in unterschiedlicher Weise durchgeführt, je nach dem ob der Abweichungsmesser (im Gehäuse 46) die Bestimmung der Ortsabweichung zweier Quellen erlaubt oder nicht.The adjustment of the deviation meter or tracking device (French ´cartomètre), which serves the localization while guiding a guided missile to the target by determining the deviation between the sight line and a marking at the rear end of the rocket, is carried out in different ways, depending on whether the deviation meter (in the housing 46 ) allows the determination of the spatial deviation of two sources or not.
Was den häufigeren Fall eines Abweichungsmessers betrifft mit der Möglichkeit der Zielverfolgung mit Hilfe jeweils nur eines einzelnen heißen Flecks, so wird die Ausricht-Einrichtung nur dazu eingesetzt, um den Nullpunkt des Abweichungsmessers vor dem Schuß festzu stellen durch Messung der Position der Referenz in der Meßebene des Abweichungsmessers zur Bestimmung des Null punkts, auf welchem die Abweichungsmessungen bezogen sind mit anschließender Speicherung. Das Bild der Quelle wird in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 von dem opti schen Element (Spiegel 94), der in Reflexion arbeitenden dichroitischen Platte 68, einem Retroreflektor 108 (180° Reflexion) und anschließend der diesmal in Trans mission arbeitenden dichroitischen Platte 68 geliefert. Eine einfahrbare Maske 110 ist vor dem Retroreflektor 108 vorgesehen. Die Maske 110 wird nur dann an Ort und Stelle gebracht, wenn der Nullpunkt des Abweichungsmessers eingestellt werden soll, damit das Bild der Quelle 92 die Funktion des Abweichungsmessers ansonsten nicht stört. As for the more common case of a deviation meter with the possibility of target tracking with the help of only a single hot spot, the alignment device is only used to determine the zero point of the deviation meter before the shot by measuring the position of the reference in the measuring plane the deviation meter to determine the zero point to which the deviation measurements are based, followed by storage. In the embodiment according to FIG. 7, the image of the source is provided by the optical element (mirror 94 ), the dichroic plate 68 working in reflection, a retroreflector 108 (180 ° reflection) and subsequently the dichroic plate 68 working in transmission this time . A retractable mask 110 is provided in front of the retroreflector 108 . The mask 110 is only brought into place when the zero point of the deviation meter is to be set so that the image of the source 92 does not otherwise interfere with the function of the deviation meter.
Für den Fall, daß der Abweichungsmesser 46 sowie der multi spektrale Kollimator (92, 94) starr mit der gleichen mecha nischen Struktur (umfassend das Gehäuse 46) verbunden sind, erhält man eine sehr gute Stabilität der Visierachse des Abweichungsmessers in bezug auf die Referenz. Die in den Figuren dargestellte Einrichtung ist dazu geeignet, mit dem Monitor 28 versehen zu werden, und zwar außen am Gußteil 23 in der Weise, daß er leicht ausge tauscht werden kann. Das vom Monitor 28 gelieferte Bild wird in dem Weg des optischen (sichtbaren) Strahls mit Hilfe eines Prisma-Reflektors 112 und dem Strahlteiler (halbdurchlässige Platte) 30 hineinreflektiert.In the event that the deviation meter 46 and the multi spectral collimator ( 92 , 94 ) are rigidly connected to the same mechanical structure (including the housing 46 ), one obtains a very good stability of the sighting axis of the deviation meter with respect to the reference. The device shown in the figures is suitable to be provided with the monitor 28 , on the outside of the casting 23 in such a way that it can be easily replaced. The image provided by the monitor 28 is reflected in the path of the optical (visible) beam with the aid of a prism reflector 112 and the beam splitter (semi-transparent plate) 30 .
Die optischen Elemente der Vorrichtung sollten gegen das Eindringen von Feuchtigkeit sowie die Bildung von Dampf geschützt werden, was die Abdichtung der Hauptteile sowie die Beibehaltung einer trockenen Neutralgas-Atmosphäre verlangt. Die Vorrichtung wird vorteilhafterweise von zwei unabhängig voneinander abgedichteten Behältern ge bildet. Der erste wird von der Haube 40, dem Rahmen 38 sowie von den Deckeln bzw. Fenstern des Rahmens 38 ge bildet. Sämtliche Empfänger bzw. Sensoren sind auswechsel bar ohne Beeinträchtigung der Abdichtung; hierzu empfangen die Empfänger das Licht über ein am Rahmen vorgesehenes insbesondere bullaugenähnliches Abdichtungsfenster.The optical elements of the device should be protected against the ingress of moisture and the formation of steam, which requires the sealing of the main parts and the maintenance of a dry neutral gas atmosphere. The device is advantageously formed by two independently sealed containers ge. The first is formed by the hood 40 , the frame 38 and the lids or windows of the frame 38 ge. All receivers and sensors can be replaced without affecting the seal; For this purpose, the receivers receive the light via a sealing window provided on the frame, particularly a porthole-like one.
Der zweite abgedichtete Behälter wird vom ersten Haupt teil 14 und dem Unterteil 10 begrenzt. Die Abdichtung an der Verbindung zwischen den beiden Hauptteilen 14 und 16 wird durch ein Fenster 32 sichergestellt. Die Ab dichtung zwischen dem Unterteil 10 und dem ersten Haupt teil (Rahmen) 14 wird durch eine nicht dargestellte Gleitdichtung erzielt.The second sealed container is limited by the first main part 14 and the lower part 10 . The seal at the connection between the two main parts 14 and 16 is ensured by a window 32 . From the seal between the lower part 10 and the first main part (frame) 14 is achieved by a sliding seal, not shown.
Die stabilisierte Mehrwege-Beobachtungseinrichtung zur Verwendung beispielsweise an einem Hubschrauber umfaßt ein erstes Hauptteil 14, welches um eine erste äußere Achse mit Hilfe eines Stellmotors verschwenkbar ist, sowie ein zweites am ersten Hauptteil 14 gelagertes Hauptteil 16, welches um eine zweite zur ersten Achse senkrechte Achse 17 mit Hilfe eines zweiten Stellmotors verschwenkbar ist. Die Einrichtung umfaßt einen mit einem Kreisel versehenen Block 18, welcher am zweiten Hauptteil über eine Stell- Mechanik gelagert ist für geringe Winkelabweichungen bezüg lich zweier innerer orthogonaler Achsen, von denen eine parallel zur Zwischenachse verläuft. Der Stellmechanismus wird entsprechend der von dem Kreisel gelieferten Signale von einer Regelschaltung gesteuert. Der Block 18 ist mit einem Ziel- bzw. Richtspiegel 22 über eine Rückstellein richtung über eine 1 : 2 Übersetzung verkoppelt zur Drehung um eine Achse, die zu denjenigen der beiden inneren Achsen parallel ist, die zur ersten äußeren Achse parallel bleibt.The stabilized multi-way observation device for use, for example, on a helicopter comprises a first main part 14 , which can be pivoted about a first outer axis with the aid of an actuating motor, and a second main part 16 , which is mounted on the first main part 14 and which is about a second axis perpendicular to the first axis 17 can be pivoted with the aid of a second servomotor. The device comprises a block 18 provided with a gyroscope, which is mounted on the second main part via an actuating mechanism for small angular deviations with respect to two inner orthogonal axes, one of which runs parallel to the intermediate axis. The adjusting mechanism is controlled by a control circuit in accordance with the signals supplied by the gyro. The block 18 is coupled to a target or directional mirror 22 via a Rückstellein direction via a 1: 2 translation for rotation about an axis that is parallel to that of the two inner axes that remains parallel to the first outer axis.
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- 1985-05-07 DE DE19853516377 patent/DE3516377C1/en not_active Expired - Fee Related
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