JPH10508954A - 電気光学照準具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入射する光放射を検知するための電気光学照準具が開示されている。これは、光軸すなわちこの照準具のサイト線（３）に沿って放射がプラットフォーム光学部（２）へ達する途中に通過する正面光学部（１）を有する。このプラットフォーム光学部は、光学的にかつ堅固に前記正面光学部に接続され、検出器ユニット（５）へ前記入力放射を導く。この検出器ユニットでは、入力放射が画像に変換される。この電気光学照準具は、主として、プラットフォーム光学部（２）が、第１の光軸であるヨー軸（７）と第２の軸であるピッチ軸（８）の回りの回転を通して、前記光学軸の向きを決めて前記検出器ユニット（５）へ導くよう配置され、前記放射は、第１、第２、第３および第４のプリズム（１３〜１６）の系を反射により通過案内される。これらのプリズムは、前記サイト線である光学軸に一致する第１の軸回りに回転可能な共通の構造内に装着され、第１のプリズム（１３）は、第１のプリズムから反射された光軸の方向を構成する第２の軸回りに、第２のプリズム（１４）に対して回転可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学照準具 本発明は、入射する光放射を検知するための電気光学照準具(electro-optical sight)であって、光軸、すなわち、照準具のサイト線に沿った放射がプラット フォーム光学部(platform optics)へ達する途中に通過する正面光学部(frontal optics)を有し、プラットフォーム光学部は光学的にかつ堅固に正面光学部に接 続され、正面光学部は入射する放射をさらに検出器ユニットへ導き、ここで入射 放射が画像(picture)に変換される電気光学照準具に関する。 この種の照準具は、特に、軍用航空機に使用されるものであり、この用途にお いては多くの要求を満たす必要がある。これらの照準具は、大きな偏向角(devia tion)に大きな口径(aperture)を結びつける必要がある。しかも、可動の光学部 品は少なく、かつ、有限の空間内に場所を見い出す必要がある。本発明の目的は 、上記導入部において述べたような種類の電気光学照準具であって、これらの要 求を満たすものを達成することにある。 本発明によれば、このような照準具は、主として、プラットフォーム光学部が 次のように構成されることを特徴とする。すなわち、第１の軸であるヨー軸(yaw axis)および第２の軸であるピッチ軸(pitch axis)回りの回転を通して、プラッ トフォーム光学部は、光学軸を検出器ユニットへ導くよう光学軸の向きを決める よ う構成される。放射は、第１、第２、第３および第４のプリズムからなる系を反 射により通過して案内される。これらのプリズムは、共通構造内に装着される。 この共通構造は、光学軸すなわちサイト線に一致する第１の軸の回りに回転可能 である。第１のプリズムは、第２のプリズムに対して第２の軸回りに回転可能で ある。この第２の軸は、第１のプリズムから反射された光学軸の方向を定める。 この光学系(optical system)は、このように３個のユニットに分割される。す なわち、 ・次の光学部までの光路を短縮する、ガリレイ望遠鏡とほとんど同様に機能する 正面光学部。 ・この光路をさらに、「光学ジンバルジョイント(optical gimbal joint)」へ導 くプラットフォーム光学部。この光学ジンバルジョイントは、前述した２つの軸 すなわちヨー軸およびピッチ軸を有する４個のプリズムから構成され、ここから 放射が次の検出器ユニットへ伝達される。 ・検出器光学部を有する検出器ユニット。 本光学系は、前述した要求を満たす。しかし、プリズム群で全反射(total ref lection)が得られる角度以上の反射を可能とするために、これらは、部分的全的 に反射する表面(partly totallyreflecting surfaces)の裏面を鏡面(specular) 材料で被覆される。 後に詳述するように、光路内の中間画像(intermediate images) は、プリズム群の外に現れる。これは、上記４個のプリズムの任意の１対の間に 正レンズ機能(positive lens function)を配置するということで達成できる。こ の正レンズ機能は、少なくとも１個のレンズ要素により、あるいは、少なくとも １個のプリズム面を湾曲させることにより得られる。 本発明の有利な実施例では、放射は、プラットフォーム光学部からシフト光学 部へ導かれる。このシフト光学部は、好ましくは、広角光学部と望遠光学部(wid e angle and tele optics)間で、照準具の視野(view field)を切り替えることが できる。 以下、次のような添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。 図１は、電気光学照準具の主要構成を示す。 図２は、プラットフォーム光学部の主要構成を示す。 図３は、”展開された(developed)”プラットフォーム光学部を示す。 図４は、”望遠(tele)”のための正レンズ要素を有するプラットフォーム光学 部を示す。 図５は、”広角(wide angle)”のための正レンズ要素を有する”展開された” プラットフォーム光学部を示す。 図６は、”望遠”における正面光学部およびプラットフォーム光学部を示す。 図７は、広角における正面光学部およびプラットフォーム光学 部を示す。 図８は、本電気光学照準具の機械的構造の斜視図である。 本発明による電気光学照準具は、その一実施例において、図１に示すように組 み立てられる。この場合、光学系は４個のユニットに分割される。すなわち、そ のうちの１個の正面光学部１は、ガリレイ望遠鏡と同様に機能し、連続したプラ ットフォーム光学部２までの光路を短縮する。この正面光学部は、可動であり、 この系のサイト線(sight line)３がプラットフォームとともに偏向するとき、こ れに追従する。入力光路を、”光学ジンバルジョイント”を通過するよう導くプ ラットフォーム光学部２は、４個のプリズムからなり、ここではヨー軸およびピ ッチ軸と呼ぶ２つの直交する軸の回りにサイト線を回転させることができる。こ のプラットフォーム光学部からの光路はさらにシフト光学部４のユニットに導か れる。シフト光学部４は本体に固定された媒介物(vehicle)等に取り付けられて いる。これの目的は視野を、狭い視野（ここでは”望遠”という）と広い視野（ ここでは”広角”という）の間をシフトさせることである。この視野のシフトが ないシステムでは、光路はプラットフォーム光学部から直接検出器ユニットへ入 る。シフト光学部の後には、検出器光学部５がある。これも本体に固定される。 この本体には、好適には、検出された映像が一定となるようにサイト線の回転を 補償する回転プリズム が設けられる。これらの光学部は、番号６で示したドームで囲まれる。 プラットフォーム光学部は、駆動モータ(driving motors)とサイト線の切替を 回避する意図をもって形成されている。しかも、大きな偏向に大きな口径を結び つける。また、プラットフォーム光学部は、ほとんど可動光学部品を持たず、小 スペースで構成される。ヨー軸７とピッチ軸８の上記２つの軸回りの回転を通し て、光学軸であるサイト線を、所望の方向に向けさせる。可能な限り広い角度範 囲内にサイト線を向けることができることが望ましい。この原理は、ミラー９〜 １２で示した図２から明らかである。全体構造はヨー軸７の回りを回転可能であ り、加えて、第１のミラー９はピッチ軸８の回りに回転可能である。これらの反 射面は相互に次のように配置される。すなわち、４つの面で反射された後、サイ ト線はプラットフォームのヨー軸と共通(mutual)となる。その延長線上で、ヨー 軸は、第１のミラー９およびドーム６の湾曲部中心のサイト線の反射点と共通で ある交点においてピッチ軸と交差する。 本システムにより得られる観測視野の画像は、その中心点（これは光軸に対応 する）の回りを回転する。画像がどの程度回転するかは、ピッチおよびヨーにお けるプラットフォームの設定に依存する。再生の観点から、望ましくない回転は 、本光学系の本体に固定された一部において、回転プリズムにより補償される。 こ の代わりに、回転の補正は、ソフトウエアで実現した座標変換によっても行うこ とができる。 正面光学部と、４個のプリズムからなるプラットフォーム光学部とを有する電 気光学照準具の構成は、図８から明らかである。ここに、第１のプリズムは１３ で示し、第２のプリズムは１４で、第３のプリズムは１５で、第４のプリズムは １６で示している。 ミラーの代わりにプリズムを用いる利点は、空気に代わる、反射面間の回折性 材料(diffractive material)によって角度散乱(angular scattering)がより小さ くなることである。これは、４個のプリズム１３〜１６をもつ”展開された”プ ラットフォーム光学部を示した図３から明らかである。焦点は番号１７で示され 、瞳は１８で示されている。”展開された”とは、ミラー面を有するプリズムが 、そのプリズム内の光路長に対応する長さの垂直ブロック(perpendicular block )により表わしたことを意味する。 本構成の大きさはつぎのようになされる。すなわち、プリズムは、中間画像と 呼ばれる焦点が光学的な回折性材料内に位置しないような大きさになる。もし、 本システムが１個のプリズム内に存在しうる欠陥(defect)に焦点を合わせた場合 、この欠陥は、得られる画像内に明確なスポットとして直ちに出現するであろう 。したがって、中間画像は、常に、空中（これは均質と考えることができる）に 位置するようにする。 ４個のプリズムの内の２個の間のどこかに正レンズ機能を置く ことにより、あるプリズムサイズで、中間画像がプリズムの外、すなわち空中に 現れるようにすることができる。このような正レンズ効果は、１個または数個の 湾曲プリズム表面により実現することができるが、図４、図５では、正レンズ１ ９が第２および第３のプリズム１４，１５間に挿入して示されている。図４では 、隣接する正面光学部が次のように構成されている。すなわち、第１のプリズム １３の入口面の直近に瞳が位置し、正レンズ１９に起因して、焦点である中間画 像は第４のプリズム１６のすぐ外に位置している。これは、”望遠設計(tele de sign)”を意味する。図４の光路が逆転されれば、”広角設計(wide angle desig n)”が得られる（図５参照）。 図６および図７では、それぞれ”望遠”と”広角”について、正面光学部およ びプラットフォーム光学部の２つの例を示す。正面光学部は、大きな焦点距離を 有する”望遠写真(telephoto)”として形成されるべきである。すなわち、本光 学系はその焦点距離より短くされる。ここに、実施例は、大きな正入口レンズ２ ０と、より小さな負出口レンズ２１をもって示されている。正面光学部の口径リ ミット(aperture limit)は、出口レンズの後ろ、すなわち第１のプリズム１３の 入口面の近傍に置かれる。画像の精細度をよくするために、正面光学部およびプ ラットフォーム光学部は相互に調整される。図１に示すような、視野のシフトを 伴う系では、正面光学部は大径かつ小角度散乱の光ビーム（すなわち”望 遠”）と、小径かつ大角度散乱を伴う光路（すなわち”広角”）の両方を取り扱 うことができなければならない。この視野のシフトは、前述したように、本体に 固定されたシフト光学部の特別なユニットにおいて生じる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力光学放射を検出するための電気光学照準具であって、 ａ）光軸すなわちこの照準具のサイト線（３）に沿って放射が次の光学部へ達 する途中に通過する正面光学部（１）と、ｂ）光学的にかつ堅固に前記正面光学 部に接続され、次の光学部へ前記入力放射を導くプラットフォーム光学部（２） と、ｃ）前記入力放射が画像に変換される検出器ユニット（５）との組合せから なり、 前記プラットフォーム光学部（２）は、第１の光軸であるヨー軸（７）と第２ の軸であるピッチ軸（８）の回りの回転を通して、前記光学軸の向きを決めて光 学軸を前記検出器ユニット（５）へ導くよう構成され、 この構成において、 前記放射は、第１、第２、第３および第４のプリズム（１３）（１４）（１５ ）（１６）の系を反射により通過案内され、これらのプリズムは、前記サイト線 である光学軸に一致する第１の軸回りに回転可能な共通の構造内に装着され、 前記第１のプリズム（１３）は、前記第１のプリズムから反射された光軸の方 向を定める第２の軸回りに、前記第２のプリズム（１４）に対して回転可能であ る ことを特徴とする電気光学照準具。 ２、請求項１記載の電気光学照準具であって、 全反射が得られる角度以上の反射を可能にするために、部分的全的反射表面の 裏側において、プリズムは、鏡面材料で被覆されたことを特徴とする電気光学照 準具。 ３、請求項１または２記載の電気光学照準具であって、 中間画像が前記プリズムの外部に現れるように、前記４個のプリズムの任意の １対のプリズムの間に正レンズ機能（１９）が配置されたことを特徴とする電気 光学照準具。 ４、請求項３記載の電気光学照準具であって、 前記正レンズ機能は、少なくとも１個のレンズ要素（１９）により実現される ことを特徴とする電気光学照準具。 ５、請求項３記載の電気光学照準具であって、 前記正レンズ機能は、少なくとも１個のプリズムの表面が湾曲したことにより 実現されることを特徴とする電気光学照準具。 ６、請求項１〜５のいずれかに記載の電気光学照準具であって、 前記プラットフォーム光学部（２）からの放射は、好ましくは、広角光学部お よび望遠光学部の間で、本照準具の視野を切り替え ることができるシフト光学部（４）へ入力されることを特徴とする電気光学照準 具。