EP0735341A1 - Dispositif de visée comprenant un détecteur optique et un télémètre laser, et applications à l'harmonisation et à la visée d'un objectif - Google Patents

Dispositif de visée comprenant un détecteur optique et un télémètre laser, et applications à l'harmonisation et à la visée d'un objectif Download PDF

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EP0735341A1
EP0735341A1 EP96400632A EP96400632A EP0735341A1 EP 0735341 A1 EP0735341 A1 EP 0735341A1 EP 96400632 A EP96400632 A EP 96400632A EP 96400632 A EP96400632 A EP 96400632A EP 0735341 A1 EP0735341 A1 EP 0735341A1
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EP
European Patent Office
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detector
frequency
laser beam
range finder
frequency converter
Prior art date
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Ceased
Application number
EP96400632A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Audren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sagem SA
Original Assignee
SFIM Industries SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/32—Devices for testing or checking
    • F41G3/326—Devices for testing or checking for checking the angle between the axis of the gun sighting device and an auxiliary measuring device

Definitions

  • the invention relates to an aiming device which comprises at least one optical detector operating in a spectral band and a laser range finder, the transmitter of which emits a beam whose frequency or frequencies are outside said spectral band, usable in particular for military purposes. .
  • a sighting device comprising a detector and a rangefinder to harmonize the sighting axis of the detector and the beam axis of the rangefinder to be sure that the distance information provided by the rangefinder corresponds well to the distance from the target targeted by the detector.
  • the harmonization thus obtained is sensitive to vibrations and temperature variations.
  • An object of the invention is to provide a sighting device which makes it possible to easily achieve harmonization while being freed from the above drawbacks.
  • the device with a removable frequency converter interposable on the path of the transmitter beam to transform this beam into a laser beam comprising a frequency or a frequency band located in the spectral band of the detector.
  • the multispectral image formed by the rangefinder beam on a witness target is observed with the detector, an observation which is made possible by the fact that this image includes minus a frequency located in the spectral band of the detector and we use the result of this observation and, if necessary, the information provided by the rangefinder on the distance from this target, to correct possible lack of harmonization.
  • the correction procedures can be manual or automatic.
  • the operator activates the means until the multispectral image is on the axis of the detector.
  • an image processing system extracts the image formed in the detector and automatically performs the corrections.
  • Correction as a function of the distance from the target is only necessary if the output optics of the detector and the range finder are not coaxial.
  • the insertion of distance correction is obvious if the process is automatic. In manual mode, it requires placing a graduated scale on one of the reticle bars allowing the operator to shift the reticle by the value corresponding to the distance he can read using the rangefinder.
  • the frequency converter being interposed on the path of the laser beam from the transmitter so that the beam from the rangefinder forms on the target a multispectral image detectable by the detector, the correction to be made is determined to harmonize the line of sight of the detector and the axis of the beam emitted by the range finder and, after harmonization, the frequency converter is retracted to aim at the objective and measure its distance with the rangefinder.
  • the witness target can moreover be the objective itself or a generally closer target.
  • a target located at a distance of the order of five hundred meters is preferably used as a control target, to take account of the attenuation of the energy of the laser beam due to the interposition of the frequency converter.
  • the invention is not limited to a particular device to allow the retraction of crystals.
  • the crystals are mounted in a rotating barrel or a drawer device.
  • the crystals are chosen according to the desired conversion.
  • crystals chosen from the group consisting of potassium diphosphate, lithium niobiate (Li Nb O 3 ) are interposed on the path of the beam emitted by the transmitter of the rangefinder.
  • potassium triphosphate, barium borate and lithium borate are interposed on the path of the beam emitted by the transmitter of the rangefinder.
  • crystals selected from the group consisting of silver and gallium sulfide (Ag Ga S 2 ), silver and gallium selenide (Ag Ga Se 2 ), zinc and germanium phosphide (Zn Ge P 2 )
  • a return optic for example a system with semi-transparent mirrors M sends the beam from the rangefinder T into the optics for output from a detector D, for example a camera.
  • the difference E measured is indeed the parallelism difference between the axes A D and A T and no telemetric measurement is necessary to correct this difference and make the axes parallel.
  • the two beams exit through separate output optics S 1 , S 2 .
  • an angular difference E 1 is measured which must be corrected by the value e / d, when d is large in front of e, to determine the true angular difference E 2 .
  • one or more non-linear crystals H are interposed during the harmonization procedure and are then retracted.
  • the crystals are for example mounted on a rotating support P or on a sliding support.
  • the invention is not limited to the choice of a particular assembly.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de visée comprenant au moins un détecteur optique (D) fonctionnant dans une bande spectrale (F1) et un télémètre laser (T) dont l'émetteur émet un faisceau dont la ou les fréquences (F2) sont en dehors de la bande spectrale (F1). Selon l'invention, le dispositif comprend également un convertisseur de fréquences amovible (H) interposable sur le trajet du faisceau laser de l'émetteur pour transformer ce faisceau en un faisceau laser comportant une fréquence ou une bande de fréquences (F'1) située dans la bande spectrale (F1) du détecteur. L'invention s'applique notamment à des dispositifs de visée pour hélicoptère. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un dispositif de visée qui comprend au moins un détecteur optique fonctionnant dans une bande spectrale et un télémètre laser dont l'émetteur émet un faisceau dont la ou les fréquences sont en dehors de ladite bande spectrale, utilisable notamment à des fins militaires.
  • Le problème se pose dans un dispositif de visée comprenant un détecteur et un télémètre d'harmoniser l'axe de visée du détecteur et l'axe du faisceau du télémètre pour être sûr que l'information de distance fournie par le télémètre corresponde bien à la distance de la cible visée par le détecteur.
  • Pour réaliser cette harmonisation, on sait utiliser des moyens mécaniques mais ces moyens sont généralement lourds et ne conviendraient pas, par exemple, lorsque le dispositif de visée est embarqué à bord d'un aéronef, en particulier à bord d'un hélicoptère.
  • On sait aussi réaliser l'harmonisation en utilisant des optiques de renvoi mais ces optiques doivent être très précises et sont par conséquent très onéreuses.
  • En outre, dans un cas comme dans l'autre, l'harmonisation ainsi obtenue est sensible aux vibrations et aux variations de température.
  • Un but de l'invention est de fournir un dispositif de visée qui permette de réaliser facilement l'harmonisation en étant affranchi des inconvénients ci-dessus.
  • On y parvient selon l'invention en munissant le dispositif d'un convertisseur de fréquences amovible interposable sur le trajet du faisceau de l'émetteur pour transformer ce faisceau en un faisceau laser comportant une fréquence ou une bande de fréquences située dans la bande spectrale du détecteur.
  • Pour harmoniser l'axe de visée du détecteur et l'axe du faisceau du télémètre, on observe avec le détecteur l'image multispectrale formée par le faisceau du télémètre sur une cible témoin, observation qui est rendue possible du fait que cette image comporte au moins une fréquence située dans la bande spectrale du détecteur et on utilise le résultat de cette observation et, s'il y a lieu, l'information fournie par le télémètre sur la distance de cette cible, pour corriger le défaut d'harmonisation éventuel.
  • Les procédés de corrections peuvent être manuels ou automatiques. Dans le cas manuel, l'opérateur actionne les moyens jusqu'à ce que l'image multispectrale se trouve sur l'axe du détecteur. Dans le cas automatique, un système de traitement d'image extrait l'image formée dans le détecteur et effectue automatiquement les corrections.
  • La correction en fonction de la distance de la cible n'est nécessaire que si les optiques de sortie du détecteur et du télémètre ne sont pas coaxiales. L'insertion de la correction de distance est évidente si le procédé est automatique. En manuel, elle nécessite de placer sur une des barres du réticule une échelle graduée permettant à l'opérateur de décaler le réticule de la valeur correspondante à la distance qu'il peut lire grâce au télémètre.
  • Dans des réalisations préférées, le dispositif de l'invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • il comporte un autre détecteur dont la bande spectrale est différente de celle dudit détecteur ;
    • il comporte un détecteur sensible à une ou des fréquences du domaine visible et un détecteur sensible à une ou des fréquences du domaine infrarouge ;
    • le convertisseur de fréquences est constitué par un ou des cristaux non linéaires ;
    • le convertisseur de fréquences est placé en un point du faisceau laser où l'on a concentré l'énergie du faisceau ; - il comprend une ou plusieurs caméras comme détecteur(s).
  • Pour viser un objectif avec le dispositif de l'invention, on vise d'abord une cible témoin avec le détecteur optique, le convertisseur de fréquences étant interposé sur le trajet du faisceau laser de l'émetteur de façon que le faisceau du télémètre forme sur la cible une image multispectrale détectable par le détecteur, on détermine la correction à effectuer pour harmoniser l'axe de visée du détecteur et l'axe du faisceau émis par le télémètre et, après harmonisation, on escamote le convertisseur de fréquences pour viser l'objectif et mesurer sa distance avec le télémètre.
  • La cible témoin peut d'ailleurs être l'objectif lui-même ou une cible généralement plus rapprochée.
  • Par exemple, alors que le dispositif est normalement utilisé pour viser des objectifs situés à plusieurs kilomètres, on utilisera de préférence comme cible témoin une cible située à une distance de l'ordre de cinq cent mètres, pour tenir compte de l'atténuation de l'énergie du faisceau laser dûe à l'interposition du convertisseur de fréquences.
  • L'invention n'est pas limitée à un dispositif particulier pour permettre l'escamotage de cristaux. Par exemple, les cristaux sont montés dans un barillet tournant ou un dispositif à tiroir.
  • Lorsqu'on utilise un ou des cristaux non linéaires pour réaliser la conversion de fréquences, on choisit les cristaux en fonction de la conversion désirée.
  • Par exemple, pour obtenir une ou des fréquences du domaine visible, on interpose sur le trajet du faisceau émis par l'émetteur du télémètre des cristaux choisis dans le groupe constitué par le diphosphate de potassium, le niobiate de lithium (Li Nb O3), le triphosphate de potassium, le borate de baryum et le borate de lithium.
  • Si on veut obtenir des fréquences du domaine infrarouge, on utilise par exemple des cristaux choisis dans le groupe constitué par le sulfure d'argent et de gallium (Ag Ga S2), le séléniure d'argent et de gallium (Ag Ga Se2), le phosphure de zinc et de germanium (Zn Ge P2)
  • L'utilisation de cristaux pour la conversion de fréquence d'un faisceau laser est connue en soi depuis les années 1960, et il n'est donc pas nécessaire de la décrire plus en détails. On se reportera par exemple aux publications récentes suivantes :
    • "Inorganic crystals for nonlinear optical frequency conversion" (BORDUI P.F. et FEJER M.M dans Annu. Rev. Mater. Sci 23, 1993, PB - 321-379);
    • "Matériaux non-linéaires et nouvelles sources" (Robert FREY et Christos FLYTZANIS dans-Science et Défense 94, DUNOD 1994, pp. 39-51)
    EXEMPLES
    • a) On utilise un laser à CO2 émettant avec une fréquence permettant une détection infra-rouge directe et on réalise une conversion de fréquence pour obtenir en outre une fréquence du domaine visible.
    • b) On utilise un laser à sécurité oculaire (YAG+ décalage Raman) émettant à la longueur d'onde 1,54 micromètres et on réalise une conversion de fréquence pour que le faisceau émis ait aussi une longueur d'onde de la bande 0,6 - 1 micromètre (détectable avec une caméra sensible à un rayonnement visible) et une longueur d'onde de la bande 3 à 5 microns ou de la bande 8 à12 micromètres (détectable avec une caméra sensible à un rayonnement infrarouge).
  • Les figures du dessin joint sont des schémas explicatifs du procédé d'harmonisation :
    • la fig. 1 est un schéma illustrant un défaut d'harmonisation dans le cas d'un dispositif comportant un détecteur et un télémètre dont les optiques de sortie sont confondues, et
    • la fig. 2 est un schéma illustrant un défaut d'harmonisation dans le cas d'un dispositif comportant un détecteur et un télémètre dont les optiques de sortie sont séparées.
  • Dans le dispositif de la fig. 1. une optique de renvoi, par exemple un système à miroirs semi transparents M envoie le faisceau du télémètre T dans l'optique de sortie d'un détecteur D, par exemple une caméra.
  • Dans le cas l'écart E mesuré est bien l'écart de parallélisme entre les axes AD et AT et aucune mesure télémétrique n'est nécessaire pour corriger cet écart et rendre les axes parallèles.
  • Dans le dispositif de la fig. 2, les deux faisceaux sortent par des optiques de sortie séparées S1, S2.
  • Dans le cas, on mesure un écart angulaire E1 qui doit être corrigé de la valeur e/d, lorsque d est grand devant e, pour déterminer l'écart angulaire vrai E2.
  • On peut corriger la ligne de visée du détecteur de plusieurs manières :
    • En agissant sur les moyens optiques de collimation. Par exemple en décalant angulairement un miroir ou un prisme se trouvant dans le chemin optique de la caméra ou du télémètre ;
    • S'il s'agit d'une caméra, on peut décaler le détecteur dans le plan focal ou s'il existe un dispositif de balayage, décaler ce dernier ;
    • On peut également déplacer les moyens de matérialisation de l'axe optique comme un réticule en le déplaçant jusqu'à ce qu'il coïncide avec l'image produite par le télémètre. Ceci peut être réalisé aussi bien av ec un réticule projeté optiquement ou qu'avec un réticule incrusté dans une image vidéo.
  • Conformément à l'invention, un ou des cristaux non linéaires H, choisis en fonction de la fréquence de l'émetteur laser du télémètre et de la bande de détection de la caméra, sont interposés pendant la procédure d'harmonisation et sont escamotés ensuite. Les cristaux sont par exemple montés sur un support tournant P ou sur un support coulissant. L'invention n'est pas limitée au choix d'un montage particulier.
  • Dans le cas d'un dispositif du type de la fig. 2 où l'on utilise le télémètre pour déterminer la distance de la cible pendant la procédure d'harmonisation, il est utile de dissocier les fonctions émission et réception du télémètre afin que le signal de retour ne passe pas par le changeur de fréquence

Claims (8)

  1. Dispositif de visée, utilisable notamment à des fins militaires qui comprend au moins un détecteur optique (D) fonctionnant dans une bande spectrale (F1), un télémètre laser (T) dont l'émetteur émet vers une sortie (S ; S1) un faisceau dont la ou les fréquences (F2) sont en dehors de ladite bande spectrale et un convertisseur de fréquences (H) pour transformer à la demande le faisceau de l'émetteur en un faisceau laser modifié comportant une fréquence ou une bande de fréquences (F'1) située dans la bande spectrale (F1) du détecteur, caractérisé en ce que ledit convertisseur est amovible et interposable sur le trajet du faisceau laser de l'émetteur en sorte que lorsqu'il est interposé, le faisceau laser émis vers ladite sortie soit le faisceau laser modifié.
  2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le dispositif comporte un autre détecteur dont la bande spectrale (F2) est différente de celle (F1) dudit détecteur (1).
  3. Dispositif selon la revendication 2 et qui comporte un détecteur sensible à une ou des fréquences du domaine visible et un détecteur sensible à une ou des fréquences du domaine infrarouge.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le convertisseur de fréquences (H) est constitué par un ou des cristaux non linéaires.
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le convertisseur de fréquences, (H) est placé en un point du faisceau laser où l'on a concentré l'énergie du faisceau.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs caméras (D) comme détecteur(s).
  7. Application d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, à l'harmonisation de l'axe de visée du détecteur optique et de l'axe du faisceau émis par le télémètre.
  8. Application d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, à la visée d'un objectif dans laquelle on vise une cible témoin (C), avec le détecteur optique (D), le convertisseur de fréquences (H) étant interposé sur le trajet du faisceau laser de l'émetteur, on détermine la correction à effectuer pour harmoniser l'axe de visée du détecteur et l'axe du faisceau émis par le télémètre et, après harmonisation, on escamote le convertisseur de fréquences (H) pour viser 1' objectif et mesurer sa distance avec le télémètre.
EP96400632A 1995-03-28 1996-03-26 Dispositif de visée comprenant un détecteur optique et un télémètre laser, et applications à l'harmonisation et à la visée d'un objectif Ceased EP0735341A1 (fr)

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FR2732472A1 (fr) 1996-10-04
FR2732472B1 (fr) 1997-06-20
ZA962482B (en) 1996-10-03

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