EP2176618B1 - Visier - Google Patents

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EP2176618B1
EP2176618B1 EP08801073A EP08801073A EP2176618B1 EP 2176618 B1 EP2176618 B1 EP 2176618B1 EP 08801073 A EP08801073 A EP 08801073A EP 08801073 A EP08801073 A EP 08801073A EP 2176618 B1 EP2176618 B1 EP 2176618B1
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EP
European Patent Office
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combiner
optical devices
optical
aiming mark
scene
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EP08801073A
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EP2176618A2 (de
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Roderich Rüger
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MBDA Deutschland GmbH
Original Assignee
MBDA Deutschland GmbH
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
    • F41G3/165—Sighting devices adapted for indirect laying of fire using a TV-monitor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/30—Command link guidance systems
    • F41G7/301—Details
    • F41G7/303—Sighting or tracking devices especially provided for simultaneous observation of the target and of the missile

Definitions

  • the innovation relates to a visor comprising a plurality of optical devices whose optical axes are basically aligned parallel to each other.
  • Such a visor is used to control a missile from launch to finish.
  • the visor next to an optical sensor, such as a telescope, a sensor for detecting the position of the missile.
  • an optical sensor such as a telescope
  • a thermal imaging device can be provided in the visor, with the support of the shooter can target the target even in the dark and without the use of lighting.
  • a TV camera may be located in the visor.
  • a disadvantage of the proposed structure of the visor that at least one sensor must look through at least one beam splitter to the scene and at least one other sensor looks over the back of at least one beam splitter in the scene.
  • a beam splitter used in this way usually leads to restrictions with regard to the usable spectrum for the sensors.
  • at least one triple mirror for reversing the direction of a beam path is required.
  • the entire structure is too bulky for a modern compact visor due to the large number of optical components required.
  • the object is achieved with the help of the proposed innovation in that the directional mark generated by a Richtmarkenprocessor is reflected by a combiner in the leading from the scene to the optical devices beam path and leading from the scene to the optical devices beam path after passing through the combiner with the help of a beam splitter or mirror or direct to the optical devices.
  • the term "combiner” is understood to mean a specular disk that is translucent and broad in a large spectral range, as used in head-up displays, among others.
  • the combiner used instead permits the passage of all spectral ranges relevant to the sensors in the direction of the scene. At the same time, a slight residual reflection of the combiner is sufficient to superimpose the directional mark on the scene image in sufficient intensity for the sensors.
  • the center is recessed and contains a small opening, which is illuminated from the back.
  • the illumination is advantageously in the form of pulses.
  • the principle of the optical design of a visor used to control a missile is in the FIG. 1 shown in simplified form.
  • the reference numeral 1 indicates the remote scene with the destination.
  • the coaxial beam path 8 with the image of this scene is guided in the visor via a combiner 2, two beam splitters 3a and 3b and a mirror 4a.
  • the signals relevant for the individual sensors 5a, 5b, 5c are coupled out and supplied to them.
  • a direction mark 7 generated in the image plane of the aiming mark projector 6 in the direction of the sensors 5a, 5b, 5c is mirrored in by means of the combiner 2. Only one level mark 7 is illuminated in all required spectral ranges in which the existing sensors work.
  • the simplest illumination source for the spectral range from visible light to the infrared range is a light bulb. With regard to the intensity of the radiation, other light sources, such as an LED, are more favorable.
  • the leveling mark is generated in the image plane 7 of the Richtmarke Sciencesors. Due to the reflection in the beam path 8, it is inevitably in all Sensors exactly at the same point in the image of the scene 1. Even with a possible drift of the adjustment of the sensors with each other over the operating time, the level indicator in all sensors (5a, 5b, 5c) remains in the same place in the scene.
  • the sensors do not necessarily have to be arranged vertically around the central beam splitter, as is the case with known embodiments. It is sufficient a coaxial guidance of the beam path using a combiner, which is permeable to all required by the sensors wavelengths of light and reflects the leveling with little residual reflection in the direction of the sensors.
  • a slight residual reflection on the combiner is completely sufficient for generating sufficiently bright alignment marks in the sensors, in particular if, for example, a colored LED is used to illuminate the alignment mark in the visible spectral range.
  • a low residual reflection is even necessary because otherwise due to high temperature differences not only the benchmark but also the Richtmarkenschreiborpatented would be seen in the thermal imaging device.
  • the sensors also have switchable optics for different field of view sizes.
  • the visual field offset usually occurring during a field of view change does not have a negative effect in the case of the arrangement according to the invention. Even in this case, the aiming mark remains in exactly the same position in the scene in all sensors and in all field of view sizes.
  • the geometric shape of the leveling mark is freely selectable. If the sensors work in different spectral ranges, the Richtmarkeform by Illumination of different parts of the landmark by different light sources in each sensor look different.
  • the guide mark 7 for the telescope 5c, 5d and the thermal imaging device 5b has the shape of a crosshair, which is open in the middle to not obscure the target and to allow the gunner a Zielissenab formulate and thus a distance estimation.
  • the crosshairs are continuously illuminated for the visible spectral range with a red LED and a few degrees warm source for the thermal imager.
  • In the middle of the reticle is an opening, behind which a very small LED is mounted to project a spot on the missile location sensor 5a.
  • the further arrangement of the optical devices in the FIG. 2 corresponds to the schematic diagram according to FIG. 1 , wherein the sensor 5c is designed as an optical telescope whose beam path is deflected via a further mirror 4b in the eyepiece 5d.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

  • Die Neuerung betrifft ein Visier umfassend mehrere optische Geräte, deren optische Achsen grundsätzlich parallel zueinander ausgerichtet sind.
  • Ein derartiges Visier wird zur Steuerung eines Lenkflugkörpers vom Abschuss bis ins Ziel verwendet. Zu diesem Zweck weist das Visier neben einem optischen Sensor, wie beispielsweise einem Fernrohr, einen Sensor zur Erfassung der Position des Flugkörpers auf. Darüber hinaus kann im Visier auch ein Wärmebildgerät vorgesehen sein, mit dessen Unterstützung der Schütze das Ziel auch bei Dunkelheit und ohne Verwendung einer Beleuchtung anvisieren kann. Schließlich kann zusätzlich auch eine TV-Kamera im Visier angeordnet sein.
  • Aus der DE 3428990 A1 ist eine Vorrichtung zur Harmonisierung der optischen Achsen eines Visiers bekannt geworden. Bei dieser Anordnung wird eine einzige Richtmarke in Form eines Fadenkreuzes in alle Sensoren eingespiegelt, so dass ohne weitere Justage der Sensoren das Fadenkreuz in allen Sensoren exakt genau auf dem gleichen Punkt in der Szene liegt. Die Erzielung dieses Vorteils erfordert jedoch eine spezielle Anordnung der Sensoren und mindestens eines Strahlteilers, wobei die Sensoren und der Fadenkreuzprojektor senkrecht zueinander angeordnet sein müssen.
  • Nachteilig ist bei dem vorgeschlagenen Aufbau des Visiers, dass wenigstens ein Sensor durch mindestens einen Strahlteiler zur Szene schauen muss und mindestens ein weiterer Sensor über die Rückseite von mindestens einem Strahlteiler in die Szene blickt. Ein auf diese Weise beidseitig genutzter Strahlteiler führt jedoch in der Regel zu Einschränkungen hinsichtlich des nutzbaren Spektrums für die Sensoren. Weiterhin ist mindestens ein Tripelspiegel zur Richtungsumkehr eines Strahlenganges erforderlich. Der gesamte Aufbau ist aufgrund der Vielzahl der notwendigen optischen Bauteile zu voluminös für ein modernes kompaktes Visier.
  • Es ist deshalb Aufgabe der Neuerung, eine Anordnung von Sensoren in einem kompakten Visier zu finden, welche unter Beibehaltung einer justagefreien Achsharmonisierung aller Sensoren und unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile einen Einbau dieser Anordnung in ein kompaktes Visier ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird mit Hilfe der vorgeschlagenen Neuerung dadurch gelöst, dass die von einem Richtmarkenprojektor erzeugte Richtmarke mittels eines Combiners in den von der Szene zu den optischen Geräten führenden Strahlengang eingespiegelt wird und der von der Szene zu den optischen Geräten führende Strahlengang nach Durchtritt durch den Combiner mit Hilfe von einem Strahlteiler oder Spiegel oder direkt auf die optischen Geräte gelenkt wird. Unter dem Begriff Combiner wird eine spiegelnde und in einem großen spektralen Bereich lichtdurchlässige Scheibe verstanden, wie sie unter anderem in Head-Up-Displays Verwendung findet.
  • Damit wird eine deutlich größere Freiheit in der Anordnung der Sensoren, insbesondere des Richtmarkenprojektors, eines Wärmebildgeräts, einer TV-Kamera und eines optischen Fernrohrs, innerhalb des Visiers erreicht, womit sich eine justagefreie Achsharmonisierung auch in räumlich eng begrenzten Gehäusen von Lenkvisieren realisieren lässt.
  • Darüber hinaus entfällt der bisher notwendige Strahlteiler mit begrenztem Frequenzspektrum. Der stattdessen verwendete Combiner lässt einen Durchtritt aller für die Sensoren relevanten Spektralbereiche in Richtung auf die Szene zu. Gleichzeitig genügt eine geringe Restreflexion des Combiners um die Richtmarke in für die Sensoren ausreichender Intensität dem Szenenbild zu überlagern.
  • Als Richtmarke eignet sich neben anderen bekannten Formen besonders das Fadenkreuz, dessen Mitte ausgespart ist und eine kleine Öffnung enthält, welche von der Rückseite her beleuchtet wird. Die Beleuchtung erfolgt in vorteilhafter Weise in der Form von Pulsen.
  • Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Richtmarke gleich welcher Form mittels im Bereich der Richtmarke unterschiedlich angeordneter Lichtquellen zu beleuchten, wobei die Lichtquellen in Abhängigkeit von ihrem abgestrahlten Spektrum jeweils nur für den in diesem Spektrum arbeitenden Sensor relevant sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist schematisch vereinfacht in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1: ein Prinzipbild der vorgeschlagenen Anordnung,
    • Fig. 2: eine Seitenansicht eines geöffneten Visiers mit einer entsprechenden Sensoranordnung.
  • Das Prinzip des optischen Aufbaus eines zur Steuerung eines Lenkflugkörpers verwendeten Visiers ist in der Figur 1 vereinfacht dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 1 wird auf die entfernt liegende Szene mit dem Ziel hingewiesen. Der koaxiale Strahlengang 8 mit der Abbildung dieser Szene wird im Visier über einen Combiner 2, zwei Strahlteiler 3a und 3b und einen Spiegel 4a geführt. Hierbei werden die jeweils für die einzelnen Sensoren 5a, 5b, 5c relevanten Signale ausgekoppelt und diesen zugeleitet. In den koaxialen Strahlengang wird mittels des Combiners 2 eine in der Bildebene des Richtmarkenprojektors 6 erzeugte Richtmarke 7 in Richtung der Sensoren 5a, 5b, 5c eingespiegelt. Nur eine Richtmarke 7 wird in allen benötigten Spektralbereichen beleuchtet, in denen die vorhandenen Sensoren arbeiten. Die einfachste Beleuchtungsquelle für den Spektralbereich vom sichtbaren Licht bis zum Infrarotbereich ist eine Glühbirne. Hinsichtlich der Intensität der Strahlung sind andere Lichtquellen, wie beispielsweise eine LED günstiger.
  • Die Richtmarke wird in der Bildebene 7 des Richtmarkenprojektors generiert. Aufgrund der Einspiegelung in den Strahlengang 8 liegt sie zwangsläufig in allen Sensoren exakt auf der gleichen Stelle des Bildes der Szene 1. Auch bei einer über die Betriebszeit möglichen Drift der Justage der Sensoren untereinander bleibt die Richtmarke in allen Sensoren (5a, 5b, 5c) auf der gleichen Stelle in der Szene.
  • Die Sensoren müssen bei der vorgeschlagenen Anordnung nicht wie bei bekannten Ausführungsformen zwingend senkrecht um den zentralen Strahlteiler herum angeordnet werden. Es genügt eine koaxiale Führung des Strahlenganges unter Verwendung eines Combiners, der für alle von den Sensoren benötigten Lichtwellenlängen durchlässig ist und die Richtmarke mit geringer Restreflexion in Richtung der Sensoren abspiegelt.
  • Eine geringe Restreflexion am Combiner ist zur Erzeugung genügend heller Richtmarken in den Sensoren völlig ausreichend, insbesondere dann, wenn im sichtbaren Spektralbereich beispielsweise eine farbige LED zur Beleuchtung der Richtmarke benutzt wird. Für das Wärmebildgerät ist eine geringe Restreflexion sogar notwendig, da sonst aufgrund zu hoher Temperaturdifferenzen nicht nur die Richtmarke sondern auch die Richtmarkenprojektorstruktur im Wärmebildgerät zu sehen wäre.
  • Weitere Sensoren können bei einer Anordnung gemäß Figur 1 dadurch angefügt werden, dass anstelle des Spiegels 4a ein weiterer Strahlteiler eingesetzt wird.
  • Es ist zulässig, dass die Sensoren auch umschaltbare Optiken für verschiedene Sehfeldgrößen aufweisen. Der bei einer Sehfeldumschaltung üblicherweise auftretende Sehfeldversatz wirkt sich bei der neuerungsgemäßen Anordnung nicht negativ aus. Die Richtmarke bleibt auch in diesem Fall in allen Sensoren und in allen Sehfeldgrößen auf exakt der gleichen Stelle in der Szene.
  • Die geometrische Form der Richtmarke ist frei wählbar. Wenn die Sensoren in verschiedenen Spektralbereichen arbeiten, kann die Richtmarkenform durch Beleuchtung verschiedener Teile der Richtmarke durch verschiedene Lichtquellen in jedem Sensor anders aussehen.
  • In einem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 hat die Richtmarke 7 für das Fernrohr 5c, 5d und das Wärmebildgerät 5b die Form eines Fadenkreuzes, welches in der Mitte offen ist um das Ziel nicht zu verdecken und um dem Richtschützen eine Zielgrößenabschätzung und damit auch eine Entfernungseinschätzung zu ermöglichen. Das Fadenkreuz wird für den sichtbaren Spektralbereich mit einer roten LED und einer einige Grad warmen Quelle für das Wärmebildgerät kontinuierlich beleuchtet. In der Mitte des Fadenkreuzes befindet sich eine Öffnung, hinter der eine sehr kleine LED angebracht ist um einen Punkt auf den Flugkörperortungssensor 5a zu projizieren.
  • Dieser Punkt wird nur pulsweise beleuchtet. Daran erkennt der Flugkörperortungssensor, wo sich die Zielmarke in seinem Sehfeld befindet. Ein solches Verfahren hat sich dann als günstig erwiesen, wenn ein Sensorbild nur per Bildverarbeitung ausgewertet wird.
  • Die weitere Anordnung der optischen Geräte in der Figur 2 entspricht dem Prinzipbild gemäß Figur 1, wobei der Sensor 5c als optisches Fernrohr ausgeführt ist, dessen Strahlengang über einen weiteren Spiegel 4b in das Okular 5d abgelenkt wird.

Claims (9)

  1. Visier umfassend eine spiegelnde lichtdurchlässige Scheibe, Combiner (2), mehrere optische Geräte (5a,5b,5c) wie bilderzeugende optische Sensoren (5b,5c), deren optische Achsen grundsätzlich parallel zueinander ausgerichtet sind, sowie einen Richtmarkenprojektor (6), dessen Richtmarke (7) mittels des Combiners (2) unmittelbar in den von der Szene zu den optischen Geräten (5a,5b,5c) führenden Strahlengang einspiegelbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der von der Szene (1) zu den optischen Geräten (5a,5c) führende Strahlengang (8) nach Durchtritt durch den Combiner (2) direkt auf die optischen Geräte (5b,5c) lenkbar ist.
  2. Visier umfassend eine spiegelnde lichtdurchlässige Scheibe, Combiner (2), wenigstens einen Strahlteiler (3a,3b) und mehrere optische Geräte (5a,5b,5c) wie bilderzeugende optische Sensoren (5b,5c), deren optische Achsen grundsätzlich parallel zueinander ausgerichtet sind, sowie einen Richtmarkenprojektor (6), dessen Richtmarke (7) mittels des Combiners (2) unmittelbar in den von der Szene zu den optischen Geräten (5a,5b,5c) führenden Strahlengang einspiegelbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der von der Szene (1) zu den optischen Geräten (5a,5c) führende Strahlengang (8) nach Durchtritt durch den Combiner (2) mit Hilfe von wenigstens dem Strahlteiler (3a,3b) auf die optischen Geräte (5b,5c) lenkbar ist.
  3. Visier umfassend eine spiegelnde lichtdurchlässige Scheibe, Combiner (2), einen Spiegel (4a) und mehrere optische Geräte (5a,5b,5c) wie bilderzeugende optische Sensoren (5b,5c), deren optische Achsen grundsätzlich parallel zueinander ausgerichtet sind, sowie einen Richtmarkenprojektor (6), dessen Richtmarke (7) mittels des Combiners (2) unmittelbar in den von der Szene zu den optischen Geräten (5a,5b,5c) führenden Strahlengang einspiegelbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der von der Szene (1) zu den optischen Geräten (5a,5c) führende Strahlengang (8) nach Durchtritt durch den Combiner (2) mit Hilfe von dem Spiegel (4a) auf die optischen Geräte (5b,5c) lenkbar ist.
  4. Visier nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Geräte ein Richtmarkenprojekor, ein Wärmebildsensor sowie ein optisches Fernrohr und bei Bedarf wenigstens ein weiterer Sensor im Visier angeordnet sind.
  5. Visier nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Combiner mit geringer Restreflexion eingebaut ist.
  6. Visier nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtmarke die Form eines Fadenkreuzes aufweist.
  7. Visier nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fadenkreuz in seiner Mitte eine von hinten beleuchtete Öffnung aufweist, deren Beleuchtung pulsweise erfolgt.
  8. Visier nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtmarke mittels im Bereich der Richtmarke angeordneter unterschiedlicher Lichtquellen ausgeleuchtet wird.
  9. Visier nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Lichtquelle eine mit dem Erfassungsspektrum eines bestimmten Sensors korrespondierende Lichtfrequenz aufweist.
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