ES2959259T3 - Configuración óptica para un sistema compacto de visualización día/noche y telémetro láser integrado - Google Patents
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Abstract
Un sistema óptico integrado compacto que incluye un ocular, un telescopio reflectante y un combinador multiespectral acoplado ópticamente entre el telescopio reflectante y el ocular, y configurado para dirigir la luz visible recibida a través del conjunto del telescopio reflectante a lo largo de una trayectoria óptica de visión directa hasta el ocular. asamblea. En un ejemplo, el combinador multiespectral incluye una pantalla que muestra una representación visual de las imágenes de la escena vista y un transceptor telémetro láser que transmite y recibe un rayo láser a través del telescopio reflectante. Se utiliza un par de divisores de haz para separar la ruta óptica de imágenes de la vista directa y las rutas ópticas de medición del alcance del láser. Se utiliza un dispositivo de bloqueo para habilitar la capacidad de determinación de alcance del láser durante la visualización diurna de las imágenes de la trayectoria óptica en la pantalla. El telescopio reflectante proporciona una apertura común para la trayectoria óptica de visión directa, una trayectoria óptica de imágenes y el transceptor del telémetro láser. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Configuración óptica para un sistema compacto de visualización día/noche y telémetro láser integrado
ANTECEDENTES
Los sistemas ópticos portátiles convencionales que contienen una trayectoria óptica de visión directa junto con visión nocturna y capacidad de telémetro láser adolecen de varios inconvenientes y desventajas. La mayoría de los dispositivos militares portátiles actualmente en uso son sistemas de apertura múltiple que utilizan componentes refractivos o de vidrio. Estos sistemas son pesados debido a la cantidad de componentes necesarios para soportar múltiples aperturas y al uso de componentes ópticos exclusivamente refractivos, y adolecen de problemas de retención de puntería que resultan en errores de determinación de distancia. En particular, tales sistemas tienden a ser demasiado pesados para ser operacionalmente efectivos, especialmente cuando se localizan objetivos relativamente pequeños, el peso induciendo una vibración inaceptable en la mano. La Patente de Estados Unidos N° 6.020.994 de Cook divulga una solución de apertura común; sin embargo, este sistema no es escalable en términos de aumento. El sistema de la US 6.020.994 comprende un montaje de mira que incluye un subsistema de visión diurna directa, un subsistema de TV visible basado en CCD, un subsistema nocturno de IR de mira fija, un subsistema de telémetro láser seguro para la vista y un subsistema de visualización para ver la salida del subsistema de TV o IR. Todos los subsistemas están alineados y usan un único telescopio y ocular para disminuir el tamaño del montaje. Además, en las soluciones de apertura común convencionales, se requieren divisores de haz adicionales y espejo/placa de bloqueo (normalmente colocados en un ángulo de 45°) para permitir que las trayectorias ópticas compartan la apertura común, lo que fuerza el ancho o la altura del paquete a un tamaño inaceptable para muchas aplicaciones portátiles. En algunos sistemas de apertura más grande que no son portátiles, donde los componentes refractivos grandes harían que el sistema fuese costoso y pesado, se han incorporado montajes de telescopios reflectantes para reemplazar los componentes refractivos. Sin embargo, no se ha logrado implementartecnología reflectante liviana en sistemas ópticos portátiles.
La US 2010/0265490 A1 divulga binoculares de alcance que incluyen un primer y un segundo sistemas ópticos. La US 2011/0047854 A1 divulga una mira telescópica. La JP H08 21878 divulga un dispositivo topográfico láser.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La invención se define en las reivindicaciones independientes. Las realizaciones de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes. Los aspectos y realizaciones están dirigidos a una configuración óptica que reduce el tamaño y el peso de los sistemas ópticos que incluyen un telémetro láser así como capacidad de visión diurna (particularmente vista directa) y nocturna integrada. Como se analiza con más detalle a continuación, las realizaciones proporcionan una configuración óptica en la que se elimina un divisor de haz dicroico usado actualmente en las configuraciones reflectantes del estado de la técnica, lo que permite un paquete más compacto. Los aspectos y realizaciones logran la eliminación del divisor de haz dicroico proporcionando una solución que permite el bloqueo de la vista directa y permite la capacidad de determinación del alcance del láser durante la visualización de la pantalla, como se analiza más adelante a continuación.
El sistema óptico puede usarse en una variedad de dispositivos, incluyendo sistemas de localización de objetivos, miras para rifles u otros dispositivos, y puede configurarse particularmente para sistemas compactos y livianos como, entre otros, sistemas portátiles de localización de objetivos.
El dispositivo de bloqueo puede ser ópticamente transmisor del rayo láser.
En un ejemplo, el sistema óptico comprende además un montaje de detección de posición láser, en donde el primer divisor de haz está configurado para transmitir una parte del rayo láser al montaje de detección de posición láser. En un ejemplo, la pantalla está configurada además para mostrar una retícula que representa una posición del rayo láser dentro de un campo de visión del sistema óptico. En otro ejemplo, el montaje de telescopio reflectante incluye cuatro espejos y está configurado para producir una imagen intermedia. Los cuatro espejos pueden ser esféricos o asféricos, y por lo menos uno de los espejos puede tener un perfil de superficie de forma libre.
En otro ejemplo, la radiación electromagnética es por lo menos una de radiación infrarroja de onda larga (LWIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 8 - 12 μm, radiación infrarroja de onda media (MWIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 3 -5 μm, radiación infrarroja de onda corta (SWIR)) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,9 -1,7 μm, radiación infrarroja cercana (NIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,7 - 0,9 μm, y una banda espectral de televisión en color que tiene un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,4 - 0,7 μm. En un ejemplo, el rayo láser tiene una longitud de onda de aproximadamente 1,54 micrómetros.
El montaje de combinador multiespectral puede comprender además por lo menos una lente colocada en un espacio colimado en la trayectoria óptica de la pantalla y configurada para ajustar la ampliación de la pantalla vista a través del montaje de ocular independientemente de la ampliación a lo largo de la trayectoria óptica de visión directa. En un ejemplo, el montaje de combinador multiespectral incluye además una óptica de objetivo de visión directa colocada en la trayectoria óptica de visión directa y configurada para dirigir la luz visible al montaje de ocular.
En otro ejemplo, el método comprende además mostrar una retícula en la pantalla, la retícula siendo representativa de una posición del rayo láser en un campo de visión del sistema óptico. En otro ejemplo, el método comprende además ampliar la pantalla vista a través del ocular independientemente del aumento a lo largo de la trayectoria óptica de visión directa. Recibir la radiación infrarroja puede incluir recibir por lo menos uno de radiación infrarroja de onda larga (LWIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 8 - 12 micrómetros (|-im), radiación infrarroja de onda media (MWIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 3 -5 μm, radiación infrarroja de onda corta SWIR en un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,9 - 1,7 μm, y la radiación infrarroja cercana (NIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,7 - 0,9 μm. En otro ejemplo, transmitir y recibir el rayo láser incluye transmitir y recibir un rayo láser que tiene una longitud de onda de aproximadamente 1,54 micrómetros. En otro ejemplo, separar la trayectoria óptica infrarroja de la trayectoria óptica de visión directa y la trayectoria láser incluye transmitir la radiación infrarroja a través del primer divisor de haz y reflejar la luz visible y la mayor parte del rayo láser al segundo divisor de haz.
Otros aspectos, realizaciones y ventajas más de estos aspectos y realizaciones ejemplares se analizan en detalle a continuación. Las realizaciones divulgadas en la presente pueden combinarse con otras realizaciones de cualquier manera consistente con por lo menos uno de los principios divulgados en la presente, y las referencias a "una realización", "algunas realizaciones", "una realización alternativa", "varias realizaciones", "una realización" o similares no son necesariamente excluyentes entre sí y se pretende que indiquen que un elemento, estructura o característica particular descrita puede incluirse en por lo menos una realización. Las apariciones de tales términos en la presente no se refieren necesariamente a la misma realización.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se analizan varios aspectos de por lo menos una realización con referencia a las figuras acompañantes, que no se pretende que estén dibujadas a escala. Las figuras se incluyen para proporcionar ilustración y una mayor comprensión de los varios aspectos y realizaciones, y se incorporan y constituyen parte de esta memoria descriptiva, pero no se pretende que sean una definición de los límites de la invención. En las figuras, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en varias figuras está representado por un número similar. Con propósitos de claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en todas las figuras. En las figuras:
La FIG. 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de un sistema de localización de objetivos que incluye un sistema óptico de acuerdo con aspectos de la invención;
La FIG. 2 es un trazado de rayos de vista tridimensional de un ejemplo de una configuración óptica para una realización del sistema óptico que puede usarse en el sistema de localización de objetivos de la FIG. 1 de acuerdo con aspectos de la invención; y
La FIG. 3 es un diagrama de bloques ópticos del trazado de rayos mostrado en la FIG. 2.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Los aspectos y realizaciones están dirigidos a una configuración óptica para un sistema óptico que incorpora capacidad tanto de visión diurna (denominada trayectoria óptica de visión directa) como de visión nocturna (también denominada trayectoria óptica infrarroja o imagen térmica), así como un telémetro láser integrado. Un sistema óptico de este tipo puede usarse en una variedad de dispositivos que incluyen, por ejemplo, sistemas de localización de objetivos, miras telescópicas para rifles, sistemas de visualización o de formación de imágenes multiespectrales, y similares. En particular, los aspectos y realizaciones del sistema óptico analizados en la presente pueden usarse ventajosamente en dispositivos donde el tamaño y el peso son de gran importancia incluyendo, por ejemplo, sistemas portátiles de localización de objetivos. Algunos de estos dispositivos o sistemas incluyen un ocular que permite al usuario ver directamente una escena a través del ocular, así como una pantalla que muestra imágenes infrarrojas procesadas para permitir la capacidad de visión nocturna.
La configuración del estado de la técnica convencional para dicho sistema portátil de localización de objetivos incluye tres divisores de haz dicroicos que se usan para dividir las trayectorias ópticas de día/noche del telémetro láser, para insertar la trayectoria de visualización para el modo de visión nocturna y para añadir una retícula electrónica en la trayectoria de visión directa. Por tanto, convencionalmente, un primer divisor de haz dicroico transmite la trayectoria óptica infrarroja y refleja la trayectoria óptica de visión directa y el telémetro láser, el segundo divisor de haz dicroico separa el telémetro láser y la trayectoria óptica de visión directa, y el tercer divisor de haz dicroico proporciona una combinación de la trayectoria óptica de visión directa y la pantalla. Por el contrario, algunos aspectos y realizaciones eliminan un divisor de haz dicroico y proporcionan una solución que mantiene toda la capacidad de los sistemas convencionales con sólo dos divisores de haz, permitiendo de este modo una configuración óptica más compacta. En particular, ciertas realizaciones proporcionan una solución para lograr el bloqueo de la trayectoria óptica de visión directa y la capacidad de determinación de telemetría láser durante la visualización de imágenes nocturnas/infrarrojas en la pantalla. Además, ciertas realizaciones prevén la introducción de una superposición de retícula de alto brillo para visualización a la luz del día en la trayectoria óptica de visión directa. Como se analiza adicionalmente a continuación, de acuerdo con una realización, un primer divisor de haz transmite la trayectoria óptica infrarroja y refleja la trayectoria óptica de visión directa y el telémetro láser, y un segundo divisor de haz logra la separación del telemetro láser y la trayectoria óptica de visión directa así como prevé la trayectoria óptica de visión directa y la combinación de pantalla.
Debe apreciarse que las realizaciones de los métodos y aparatos analizados en la presente no se limitan en su aplicación a los detalles de construcción y disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos acompañantes. Los métodos y aparatos son capaces de implementarse en otras realizaciones y de ponerse en práctica o llevarse a cabo de varias maneras. En la presente se proporcionan ejemplos de implementaciones específicas únicamente con propósitos ilustrativos y no se pretende que sean limitativos. Además, la fraseología y terminología usadas en la presente tienen propósitos de descripción y no deben considerarse limitativos. Se pretende que el uso en la presente de "que incluye", "que comprende", "que tiene", "que contiene", "que implica", y variaciones de los mismos abarque los artículos enumerados posteriormente y equivalentes de los mismos así como artículos adicionales. Las referencias s "o" pueden construirse como inclusivos de tal manera que cualquier término descrito que use "o" puede indicar cualquier de uno solo, más de uno, y todos los términos descritos.
En referencia a la FIG. 1 se ilustra un diagrama de bloques de un ejemplo de un sistema de localización de objetivos 100 en el que puede usarse un sistema óptico multiespectral integrado de acuerdo con los aspectos y realizaciones analizados en la presente. De acuerdo con ciertas realizaciones, y como se analiza adicionalmente a continuación, la configuración liviana del sistema óptico proporciona telemetría láser, visión infrarroja y directa (diurna) de la escena, además de minimizar los errores de puntería entre el telémetro láser y las trayectorias de imágenes. El sistema incluye un montaje de sensor electroóptico 110 acoplado a un montaje de ocular 120. El montaje de sensor electroóptico 110 está además acoplado a un procesador de sistema 130 que también puede incluir funcionalidad GPS para autolocalización. El sistema de localización de objetivos 100 también incluye una fuente de alimentación 150, que puede incluir una o más baterías, por ejemplo. El montaje de sensor electroóptico 110 incluye además sensores de posición angular 114 configurados para proporcionar información de azimut, elevación y balanceo del sistema de localización de objetivos 100. En ciertos ejemplos, los componentes del sistema de localización de objetivos 100 pueden incorporarse en una carcasa (no mostrada) de tal manera que el sistema es adecuado para uso portátil.
De acuerdo con una realización, un núcleo óptico de banda ancha permite el uso de trayectorias ópticas de detección y visualización de diferentes longitudes de onda, y también incorpora el transceptor de telémetro láser (transmisor láser y receptor láser) 330 en una apertura común compacta. El núcleo óptico incluye un montaje de telescopio reflectante 200 acoplado ópticamente a un montaje de combinador multiespectral (MCA) 300. El montaje de telescopio reflectante 200 recibe y transmite radiación electromagnética, como se analiza adicionalmente a continuación, y proporciona la apertura común para las varias trayectorias ópticas del montaje de sensor electroóptico 110. Como se analiza con más detalle a continuación, el montaje de combinador multiespectral 300 incluye componentes ópticos que forman la trayectoria óptica de visión directa (DVO) 310, la trayectoria óptica infrarroja (o visión nocturna) 320 y el transceptor de telémetro láser 330. En un ejemplo, la trayectoria óptica infrarroja 320 es una trayectoria óptica infrarroja de onda larga (LWIR; típicamente de 8 a 12 μm) adecuada para imágenes térmicas. En otros ejemplos, la trayectoria óptica infrarroja está configurada para uno o más de infrarrojo de onda media (MWIR; típicamente de 3 a 5 μm), infrarrojo de onda corta (SWIR; típicamente de 0,9 a 1,7 μm), infrarrojo cercano (NIR; típicamente de 0,7 a 0,9 μm), o bandas espectrales de televisión en color (0,4 a 0,7 μm).
El montaje de sensor electroóptico 110 también incluye varios sensores asociados con la trayectoria óptica de visión directa 310 y la trayectoria óptica infrarroja 320, y un láser para el telémetro láser, identificados colectivamente como elemento 112 y acoplado al procesador del sistema 130 y al montaje de combinador multiespectral 300.
La FIG. 2 es un trazado de rayo de vista tridimensional de un ejemplo de la configuración óptica de un sistema óptico 400 que puede usarse en el sistema de localización de objetivos 100 u otros sistemas y dispositivos ópticos multiespectrales de acuerdo con una realización.
De acuerdo con una realización, la energía radiante y reflejada de banda ancha recibida por el montaje de telescopio reflectante 200 se divide entre un sensor LWIR (térmico) 320 en la trayectoria óptica infrarroja, la trayectoria óptica de visión directa que pasa a través del montaje de ocular 120 hasta el ojo 340 de un usuario, y las trayectorias ópticas del transmisor 332 del telémetro láser y del receptor 334 del telémetro láser en el montaje de combinador multiespectral 300. El montaje de ocular 120 proporciona al usuario la capacidad de ver escenas desde la trayectoria óptica de visión directa y desde la pantalla electrónica 350.
El montaje de telescopio reflectante 200 proporciona tanto un alto aumento para el reconocimiento de objetivos de largo alcance como una mayor estabilidad para retener la alineación de puntería de las múltiples trayectorias ópticas comunes. En una realización, el montaje de telescopio reflectante 200 incluye cuatro espejos, concretamente un espejo primario 210, un espejo secundario 220, un espejo terciario plegable 230 y un espejo cuaternario 240. Los espejos 210, 220, 230 y 240 pueden ser esféricos o asféricos, y uno o más de los espejos pueden tener un perfil de superficie de forma libre (también denominado anamórfico). Como se usa en la presente, el término forma libre o anamórfico se refiere a un perfil de superficie que no es rotacionalmente simétrico. En un ejemplo, los cuatro espejos del montaje de telescopio reflectante 200 son asféricos, tres teniendo un perfil de superficie de forma libre. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán, dado el beneficio de esta divulgación, que pueden implementarse numerosas configuraciones ópticas para el montaje de telescopio reflectante 200, siempre que el telescopio incluya cuatro espejos (para una orientación adecuada de la imagen en la apertura de entrada del montaje de combinador multiespectral 300 sin requerir montajes de prismas) y produzca una imagen intermedia. En una realización, los espejos 210, 220, 230 y/o 240 están hechos de un material de tecnología óptica ligera reflectante multiespectral (MeRLOT™). Los espejos 210, 220, 230 y/o 240 pueden corregirse en su figura usando acabado magnetorreológico y otros procesos de acabado para lograr superficies de precisión y alta calidad, y pueden ensamblarse usando técnicas de alineación interferométrica.
La FIG. 3 es un diagrama de bloques ópticos que ilustra un ejemplo de las trayectorias ópticas dentro del montaje de combinador multiespectral 300. La trayectoria 302 representa la trayectoria óptica de vista directa. En un ejemplo, los componentes de la trayectoria óptica de visión directa 302 están configurados para transmitir luz visible en un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,45 micrómetros (|jm) a 0,65 jm . La trayectoria 304a representa la trayectoria de transmisión del telémetro láser y la trayectoria 304b representa la trayectoria de recepción del telémetro láser. En un ejemplo, el telémetro láser está configurado para transmitir y recibir un rayo láser que tiene una longitud de onda de aproximadamente 1,54 μm. La trayectoria 306 representa la trayectoria de imágenes infrarrojas o trayectoria de visión nocturna. Como se ha analizado anteriormente, en un ejemplo, los componentes del generador de imágenes infrarrojas están configurados para imágenes térmicas, por ejemplo, usando radiación electromagnética infrarroja de onda larga (LWIR) en un rango de longitud de onda de aproximadamente 8 - 12 μm; aunque los componentes del generador de imágenes infrarrojas pueden configurarse para otras bandas espectrales. La trayectoria 308 representa la trayectoria de visualización. La pantalla 350 muestra luz visible, por ejemplo, en el rango de longitud de onda de aproximadamente 0,45 - 0,65 μm. Puede usarse un espejo plegable 352 para dirigir la trayectoria óptica de visión directa 302 y la trayectoria de visualización 308 hacia el montaje de ocular 120 (y el ojo 340), si es necesario dependiendo del embalaje de los varios componentes dentro de una carcasa del sistema o dispositivo en el que se está usando el sistema óptico 400.
En la trayectoria de formación de imágenes infrarrojas, el montaje de combinador multiespectral 300 incluye un generador de imágenes refractivas LWIR 322, que puede incluir uno o más componentes ópticos (como espejos o lentes) y un detector de imágenes infrarrojas, como una matriz de plano focal o una matriz de microbolómetros, configurada para realizar imágenes térmicas, como entienden los expertos en la técnica. Se procesan las imágenes infrarrojas obtenidas del generador de imágenes 322 y luego se muestra una representación visual de las mismas en la pantalla 350. De esta manera, se proporciona al usuario capacidad de visión nocturna, como entienden bien los expertos en la técnica. En un ejemplo, la pantalla 350 es una pantalla de dos colores de alto brillo.
El transceptor 330 del telémetro láser incluye un transmisor láser 332 y un receptor láser 334. El transmisor láser 332 puede estar acoplado a un expansor de haz 336 que magnifica el haz del telémetro láser. En un ejemplo, el expansor de haz 336 proporciona aproximadamente un aumento de 13,3X. Se coloca un espejo con orificio 338 para dirigir la trayectoria de recepción del telémetro láser 304b al receptor láser 334 y de manera que el haz de transmisión del telémetro láser pase a través del orificio en el espejo 338, como se muestra en la FIG. 3. En un ejemplo, el receptor láser 334 tiene aproximadamente un campo de visión (FOV) de 1 mrad.
De acuerdo con una realización, un primer divisor de haz 370 permite que la radiación infrarroja en la trayectoria óptica infrarroja 306 pase (se transmita) al generador de imágenes LWIR 322. El primer divisor de haz 370 refleja la mayor parte del haz del telémetro láser (como se muestra en las trayectorias 304a y 304b), pero permite que una pequeña parte del haz en la trayectoria de transmisión 304a pase a través de un montaje de detección de posición<del láser 360. El montaje de detección de posición del láser>360<determina el movimiento angular del rayo láser y>permite la compensación electrónica de la retícula, como se analiza adicionalmente a continuación. El segundo divisor de haz 375 permite que la trayectoria óptica de visión directa sea transmitida y reflejada, y también refleja la energía del transmisor y receptor del telémetro láser hacia y desde el montaje de telescopio reflectante 200, como se muestra en la FIG. 3. Esta configuración proporciona el número mínimo de divisores de haz (dos) y no requiere vidrio pesado ni montajes de prismas invertidos para corregir la orientación de la imagen en el ocular. Se forma un tope de apertura del sistema 380 entre el primer y el segundo divisores de haz 370, 375. El comportamiento transmisivo y reflectante del primer y el segundo divisores de haz 370, 375 en las diferentes longitudes de onda asociadas con las diferentes funciones y trayectorias ópticas del sistema óptico 400 puede controlarse mediante la selección apropiada de los materiales usados para formar los divisores de haz y/o recubriendo los divisores de haz con uno o más revestimientos selectivos de longitud de onda.
Se usa un dispositivo de bloqueo de la trayectoria de visión directa 390 para bloquear selectivamente la trayectoria óptica de vista directa para que no llegue al ojo 340 del usuario. Por ejemplo, cuando el usuario está viendo las imágenes infrarrojas mostradas por la pantalla 350, puede ser preferible bloquear la trayectoria óptica de vista directa para evitar que aparezcan objetos brillantes "superpuestos" en las imágenes infrarrojas, lo que podría provocar confusión o impedir que el usuario vea características importantes en las imágenes infrarrojas. El dispositivo de bloqueo 390 es móvil, de tal manera que su posición puede cambiarse (por ejemplo, bajo el control del usuario, opcionalmente a través del procesador del sistema 130) dentro y fuera de la trayectoria óptica de visión directa. En un ejemplo, el dispositivo de bloqueo 390 está configurado para ser ópticamente opaco a las longitudes de onda de luz visible de la trayectoria óptica de visión directa, pero ópticamente transparente, o por lo menos suficientemente transmisivo, a la longitud de onda de los haces del telémetro láser para permitir el funcionamiento del telémetro láser ya sea en el modo de visión directa (por ejemplo, visión diurna) o en modo de imagen térmica (por ejemplo, visión nocturna) del sistema 400. Esto puede lograrse mediante la selección apropiada de los materiales usados para formar el dispositivo de bloqueo 390 y/o recubriendo el dispositivo de bloqueo con uno o más recubrimientos selectivos de longitud de onda.
Como se ha analizado con anterioridad, la pantalla 350 se usa para mostrar una representación visual de las imágenes infrarrojas obtenidas usando el generador de imágenes infrarrojas 322. La pantalla 350 puede mostrar además datos, como datos de orientación y otra información, así como gráficos de posición del haz del telémetro láser. Además, mientras el usuario está viendo las imágenes infrarrojas o la trayectoria óptica de vista directa, la pantalla 350 puede proporcionar una superposición de retícula sobre la escena observada. En un ejemplo, la retícula representa dónde se orienta el haz de transmisión del telémetro láser (trayectoria 304a) en el campo de visión del sistema óptico. Como se ha analizado anteriormente, el sistema 400 puede incluir un montaje de detección de posición del láser 360. En un ejemplo, el montaje de detección de posición de láser se usa para determinar el movimiento angular del rayo láser y la compensación de la retícula. En referencia a la FIG. 3, el montaje de detección de posición de láser puede incluir un sensor de posición 362, como un sensor de posición CMOS, por ejemplo, junto con un disco de fósforo 364 y una óptica de enfoque y/o filtrado 366. Puede usarse un espejo 368 para dirigir y enfocar la parte del haz de transmisión láser (en la trayectoria 304a) transmitido a través del primer divisor de haz 370 al montaje de detección de posición 360.
Como se ha analizado anteriormente, ciertos sistemas de localización de objetivos convencionales de apertura común no son fácilmente escalables en términos de ampliación del sistema y formato de visualización. Por ejemplo, en el sistema divulgado en la Patente de Estados Unidos N° 6.020.994 el formato de la pantalla y la potencia del ocular están vinculados, de tal manera que si se cambia el formato de la pantalla, la potencia del ocular también debe cambiarse necesariamente. Como resultado, si el ocular está fijo, debe aumentarse el tamaño de los componentes ópticos restantes del sistema para lograr un mayor aumento. Por el contrario, las realizaciones del sistema óptico 400 permiten que la ampliación del sistema se altere por lo menos parcialmente independientemente de la potencia del ocular y el formato de visualización cambiando únicamente la óptica de visualización 356. En referencia a la FIG. 3, pueden incluirse una o más lentes 356 en la trayectoria de visualización colimada 308 para permitir que se cambie la ampliación de la pantalla 350 (como se ve a través del ocular 120). El elemento 354 es el objetivo DVO que, cuando se combina con la óptica del ocular, crea un telescopio secundario.
Por tanto, los aspectos y realizaciones proporcionan una configuración de apertura única, liviana para un sistema portátil de localización de objetivos que proporciona telémetro láser, visión infrarroja (por ejemplo, LWIR) y visión directa de la escena (por ejemplo, luz diurna). El uso de una apertura común minimiza los errores de puntería entre las trayectorias del telémetro láser 304a, 304b y las trayectorias infrarrojas/directas 306, 302. Además, el uso de elementos ópticos principalmente reflectantes, en lugar de elementos refractivos, y sólo dos divisores de haz en lugar de los tres o más convencionales, reducen el tamaño y peso del sistema.
Habiendo descrito anteriormente varios aspectos de por lo menos una realización, debe apreciarse que a los expertos en la técnica se les ocurrirán fácilmente varias alteraciones, modificaciones y mejoras. Se pretende que tales alteraciones, modificaciones y mejoras sean parte de esta divulgación. Por consiguiente, la descripción y los dibujos anteriores son sólo a modo de ejemplo, y el alcance de la invención debe determinarse a partir de la construcción adecuada de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Un sistema óptico que comprende:
un montaje de ocular (120);
un montaje de telescopio reflectante (200); y
un montaje de combinador multiespectral (300) acoplado ópticamente entre el montaje de telescopio reflectante (200) y el montaje de ocular (120) y configurado para dirigir la luz visible recibida a través del montaje de telescopio reflectante (200) a lo largo de una trayectoria óptica de visión directa al montaje ocular (120), y que incluye:
un subsistema de obtención de imágenes configurado para recibir radiación electromagnética desde el montaje de telescopio reflectante (200) a lo largo de una trayectoria óptica de imágenes y para proporcionar una primera señal representativa de las imágenes de una escena vista, en donde el subsistema de imágenes es un subsistema de imágenes térmicas, y la radiación electromagnética es radiación infrarroja;
una pantalla (350) acoplada al montaje ocular (120) y al subsistema de imágenes y configurada para recibir la primera señal y mostrar una representación visual de las imágenes de la escena vista;
un transceptor de telémetro láser (330) configurado para transmitir y recibir un rayo láser a través del montaje de telescopio reflectante (200);
un primer divisor de haz (370) configurado para transmitir la radiación electromagnética desde el montaje de telescopio reflectante (200) al subsistema de imágenes y para reflejar la luz visible y la mayor parte del rayo láser; y
un segundo divisor de haz (375) acoplado ópticamente al primer divisor de haz (370);
el sistema óptico estandocaracterizado porqueel segundo divisor de haz (375) está configurado para reflejar el rayo láser, para transmitir la luz visible para dirigir la luz visible a lo largo de la trayectoria óptica de visión directa al montaje de ocular (120), y para reflejar la luz de visualización desde la pantalla (350) a lo largo una trayectoria óptica de visualización al montaje de ocular (120) en donde el montaje de telescopio reflectante (200) proporciona una apertura común para la trayectoria óptica de visión directa, la trayectoria óptica de imágenes y el transceptor de telémetro láser (330), y en donde el montaje de combinador multiespectral (300) incluye además un dispositivo de bloqueo (390) colocado entre el primer divisor de haz (370) y el segundo divisor de haz (375) y configurado para bloquear la luz visible reflejada por el primer divisor de haz (370) para que no llegue al segundo divisor de haz (375), y en donde el dispositivo de bloqueo (390) puede moverse dentro y fuera de la trayectoria óptica de vista directa entre el primer y segundo divisores de haz (370, 375) de tal manera que el dispositivo de bloqueo (390) se coloca en la trayectoria óptica de vista directa y puede manejarse para bloquear la luz visible durante un modo de visión nocturna del sistema óptico, y se coloca fuera de la trayectoria óptica de visión directa para permitir que la luz visible alcance el segundo divisor de haz (375) durante un modo de visión diurna del sistema óptico.
2. El sistema óptico de la reivindicación 1, en donde el dispositivo de bloqueo (390) es ópticamente transmisivo al rayo láser.
3. El sistema óptico de la reivindicación 1, que comprende además:
un montaje de detección de posición láser (360); y
en donde el primer divisor de haz (370) está configurado para transmitir una parte del rayo láser al montaje de detección de posición del láser (360).
4. El sistema óptico de la reivindicación 3, en donde la pantalla (350) está configurada además para mostrar una retícula que representa una posición del rayo láser dentro de un campo de visión del sistema óptico.
5. El sistema óptico de la reivindicación 1, en donde el montaje de telescopio reflectante (200) incluye cuatro espejos (210, 220, 230, 240) y está configurado para producir una imagen intermedia.
6. El sistema óptico de la reivindicación 1, en donde el montaje de combinador multiespectral (300) comprende además por lo menos una lente (356) colocada en un espacio colimado en la trayectoria óptica de la pantalla y está configurada para ajustar una ampliación de la pantalla (350) vista a través del montaje de ocular (120) independientemente de una ampliación a lo largo de la trayectoria óptica de visión directa.
7. El sistema óptico de la reivindicación 1, en donde el montaje de combinador multiespectral (300) incluye además una óptica objetivo de visión directa (354) colocada en la trayectoria óptica de visión directa y configurada para dirigir la luz visible al montaje de ocular (120).
8. Un método para proporcionar capacidad integrada de telémetro láser y visión diurna y nocturna en el sistema óptico de la reivindicación 1, el método comprendiendo:
dirigir luz visible a lo largo de una trayectoria óptica de visión directa desde una abertura común hasta un montaje de ocular (120) en un modo de visión diurna del sistema óptico;
recibir radiación infrarroja a lo largo de una trayectoria óptica infrarroja a través de la apertura común; mostrar imágenes infrarrojas producidas a partir de la radiación infrarroja recibida en una pantalla (350) en un modo de visión nocturna del sistema óptico;
transmitir y recibir un rayo láser a lo largo de una trayectoria láser a través de la abertura común para proporcionar el telémetro láser; ycaracterizado por:
separar la trayectoria óptica infrarroja de la trayectoria óptica de visión directa y la trayectoria láser usando un primer divisor de haz (370);
separar la trayectoria óptica de visión directa de la trayectoria del láser usando un segundo divisor de haz (375); reflejar la luz de la pantalla desde la pantalla (350) al montaje de ocular (120) con el segundo divisor de haz (375) en el modo de visión nocturna del sistema óptico; y
bloquear la luz visible para que no llegue al ocular (120) durante el modo de visión nocturna del sistema óptico.
9. El método de la reivindicación 8, que comprende además mostrar una retícula en la pantalla (350), la retícula siendo representativa de una posición del rayo láser en un campo de visión del sistema óptico.
10. El método de la reivindicación 8, que comprende además ampliar la pantalla (350) vista a través del ocular (120) independientemente del aumento a lo largo de la trayectoria óptica de visión directa.
11. El método de la reivindicación 8, en done separar la trayectoria óptica infrarroja de la trayectoria óptica de visión directa y la trayectoria láser incluye transmitir la radiación infrarroja a través del primer divisor de haz (370), y reflejar la luz visible y la mayor parte del rayo láser al segundo divisor de haz. (375).
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