NO890430L - Fremgangsmaate og apparat for maaling av innsiktingsgrad for elektro- og optiske systemer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører testutstyr for elektro-optiske systemer, og mer spesielt for å teste utstyr for måling av innsiktingsgrad for elektro-optiske systemer med en siktlinje-sensor for å detektere og lokalisere et mål, og en siktlinje-belysningsanordning for belysning eller utpeking av målet.

Nyere forbedringer ved militære og kommersielle elektro-optiske systemer ("EO-systemern) er blitt foretatt ved å inkor-porere to eller flere hovedfunksjoner i en enkelt utstyrs-komponent. F.eks. kan et et militært EO-system innbefatte et delsystem med en siktlinje-sensor, slik som en fremadseende infrarød sensor ("FLIR" - Forward looking infra sensor) for å detektere og lokalisere et mål i mørke, og et delsystem for siktlinje-belysning, slik som en laser-utpeker for å belyse eller utpeke målet.

FLIR er en passiv anordning som er i stand til identifisere posisjonen til et mål i sin siktlinje-åpning basert på målets infrarøde signatur. Det er her hensiktsmessig å anta at FLIR

har en målvektor som FLIR retter mot målet. Målvektoren er en imaginær linje (en matematisk konstruksjon) som strekker seg fra midten av åpningen i den fremadseende infrarøde sensor til midten av målsignaturen (signaturstrålens sentroide) som brukes til å representere den fysiske geometriske posisjonen av målet i forhold til FLIR.

Laser-utpekeren er en aktiv anordning som genererer og projiserer en laser-belysningsstråle på målet som er identifisert ved hjelp av FLIR, hvor laser-belysningsstrålen som brukes her ikke er begrenset til et spesielt bølgelengde-bånd. Retningen av belysningsstrålen er definert ved hjelp av en imaginær linje som strekker seg fra midten av laserutpekerens utgangsåpning og løper langs strålens sentroide eller massepunkt. Laserutpekeren omfatter en styremekanisme for å styre belysningsstrålen til målet og holde strålen på målet under bevegelse av målet i forhold til EO-systemet.

De relative monteringsposisjonene av FLIR og laserutpekeren på EO-systemet er vanligvis forskjøvet. Denne forskyvningen kan effektivt elimineres, og målvektoren og belysningsstrålen kan gjøres konsentriske, feks ved å anbringe en strålesplitter ved eller nær FLIR-åpningen og dirigere belysningsstrålen til strålesplitteren med et speil. For konstruksjoner av E0-systemer hvor forskyvning av FLIR og laserutpekeren er opprettholdt, er denne forskyvningen typisk så liten i forhold til målavstanden at målvektoren og belysningsstrålen kan anses å være sammenfallende, noe som da også gjelder FLIR- og laserutpeker-åpningene. Siktlinjeinnrettingen eller innsiktningsgraden av EO-systemet slik som dette utrykket benyttes her, referer seg til denne sammenfallende linje mellom målvektoren og belysningsstrålen angitt ved vinkeluttrykk.

Den vinkelmessige innretting av FLIR-målvektoren og belysningsstrålen benevnes her innsiktingsgrad. Innsiktingsgraden er uhyre viktig for korrekt virkemåte av multispektrale E0-systemer som beskrevet ovenfor, uansett deres spesielle konstruksjon, siden laserutpekeren nøyaktig vil belyse målet som er lokalisert ved hjelp av FLIR, bare hvis EO-systemet er riktig innsiktet.

FLIR og laserutpekeren arbeider imidlertid vanligvis etter forskjellige fysiske prinsipper, oftest i forskjellige bånd eller områder av det elektromagnetiske spektrum. Typiske FLIR-nattsystemer dekker bølgelengde-båndet fra 8 til 12 mikrometer, mens typiske laser-målutpekere stråler ved omkring 1 mikrometer. Teknikker, konstruksjoner og materialer som benyttes til å manipulere stråling i disse forskjellige bånd, kan adskille seg betydelig fra hverandre. Disse faktorene har ført til vanskelig-heter ved konstruksjon av utstyr for å teste innsiktingsgraden av slike EO-systemer.

Tidligere ble innsiktingsgrad typisk overvåket og opprettholdt ved å måle FLIR-målvektoren og posisjonen av laser-belysningstrålen i forhold til en felles fysisk eller strukturell komponent av EO-systemet eller dets understøttende plattform. Posisjonen av komponenten tilveiebrakte et felles referansepunkt fra hvilket posisjonene til målvektoren og belysningstrålen kunne måles uavhengig og så sammenlignes. Denne konstruksjons-metoden var generelt utilfredsstillende i praksis, siden det var vanskelig å opprettholde nødvendige fysiske toleranser gjennom fremstillingen av systemet og under drift av dette. Drifts- bestemmelser for slik systemer omfatter f.eks. typisk feil-induserende bevegelse og strukturelle vibrasjoner, samt miljøvirkninger slik som store variasjoner i temperatur, trykk og fuktighet.

Et eksempel på et kjent system for måling av innsiktingsgrad fra FLIR til laser tilveiebringer et utskiftbart filmmål gjennom hvilket laserutpekeren brenner et hull. FLIR blir så fokusert på filmen mens hullet blir bakbelyst med stråling av lang bølgelengde som dektekteres av FLIR. Denne konstruksjonen har en rekke ulemper. F.eks. er dens nøyaktighet ikke bare en direkte funksjon av FLIR-til-laser-innrettingen, men også av dimensjonene til det brente hull og arbeidskarakteristikkene til laserutpekeren. Videre er utstyret bare egnet for statisk testing, siden det er stort, omfangsrikt og følsomt for bevegelse.

Et annet eksempel på en testanordning for innsiktingsgrad fra FLIR til laser er spesielt klassifisert som en fluktlinje-testanordning på "operasjonsnivå", og ble konstruert for å teste EO-systemet, innbefattet dets FLIR til laser-innsiktingsgrad, for et spesielt luftfartøy. Luftfartøyets EO-system omfatter FLIR-sensor og laser-utpeker systemer med aperturer eller åpninger som er forskjøvet fra hverandre. Åpningsdimensjoner og senter-til-senter avstand mellom åpningene er fiksert. Testanordningen har separate optiske kollimatorer for testing av hvert delsystem, og separate sendere og detektorer for å utføre forskjellige tester med hver kollimator. Blant detektorene er en kvadratur-laserdetektor for å fastslå FLIR-til-laser-siktlinje. Denne testanordningen måler innsiktingsgrad mens den gir anledning til forskyvning mellom FLIR og laser.

Denne konstruksjonen av en testanordning har også en rekke ulemper som stort sett skyldes at den spesielt kan anvendes i forbindelse med et spesielt luftfartøy. F.eks. må innrettingen av kvadratur-laserdetektoren til siktlinjen for FLIR-testkolli-matoren innstilles i fabrikken, og enhver variasjon av innrettingen som skyldes håndtering av testanordningen eller elding, krever ny innretting i fabrikken eller i et depot. I tillegg må testanordningen monteres fast til EO-systemet under testingen og kan ikke gi mulighet for relativ bevegelse mellom EO-systemet og testanordningen.

Andre kjente konstruksjoner av testutstyr for innsiktingsgrad av EO-systemer omfatter en familie av testanordninger som er konstruert og utviklet av forliggende patentsøker. Et eksempel på denne familien med testanordninger er beskrevet i U. S. Patent Nr. 4,626,685, som tilveiebringer en multispektral kollimator med reflekterende, diamantbearbeidede optiske elementer for å frembringe en målsignatur, og brytende eller reflekterende optiske elementer for å rette laserstrålen til en laserutpeker mot et eller flere detektorelementer.

Selv om denne konstruksjonen tilveiebrakte en del forbedringer og fordeler i forhold til tidligere kjente systemer, var den også konstruert for statisk drift og tillot ingen relativ bevegelse mellom testanordningen og det EO-systemet som ble testet.

Foreliggende oppfinnelse kan følgelig tilveiebringe et apparat og en fremgangsmåte for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgraden for et elektro-optisk system som ikke krever et felles fysisk referansepunkt på det elektro-optiske system.

Videre kan oppfinnelsen tilveiebringe et apparat og en fremgangsmåte for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgraden til et elektro-optisk system som arbeider uavhengig av laser-utpekerens arbeidskarakteristiker, bortsett fra pekingen.

Oppfinnelsen kan tilveiebringe et apparat og en fremgangsmåte for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgraden til et elektro-optisk system som kan tilpasses elektro-optiske systemer av forskjellige konstruksjoner.

Et aspekt ved foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe et apparat for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgraden til et elektro-optisk system med en siktiinje-sensor som reagerer på en første stråling fra et mål for å avføle målets posisjon og innstilling av måletvektorens retning slik at den stemmer med målets posisjon, og en siktlinje-illuminator for å rette en illumineringsstråle av en andre stråling mot det lokaliserte mål, i det innsiktingsgraden angir i hvilken grad målvektoren og illumineringsstrålen har oppnådd et forutbestemt vinkelforhold, hvilket apparat omfatter: en hovedoptikk som er optisk koblet til det elektro-optiske systemet og innrettet med en hovedstrålingsbane for mottagelse av den andre stråling fra det elektro-optiske system og fokusere den andre stråling omkring et fokalpunkt i et fokalt plan som er hovedsakelig perpendikulært til hovedstrålingsbanen, idet hovedoptikken omfatter en primær refleksjonsanordning for å reflektere den første og andre stråling mellom det elektro-optiske system og en delreflektor-sonen, og en sekundær refleksjonsanordning anbrakt i delreflektor-sonen og adskilt fra den primære refleksjonsanordning for å reflektere den første og andre stråling mellom den primære refleksjonsanordning og fokalplanet langs hovedstrålingsbanen; en første strålingskilde-anordning effektivt anbrakt i hovedstrålings banen for å generere en målstråle av den første stråling og for å rette målstrålen langs hovedstrålingsbanen sekvensielt til den sekundære refleksjonsanordning, til den primære refleksjonsanordning og til det elektro-optiske systemets sensor, idet målstrålen får sensoren til å innstille retningen av målvektoren hovedsakelig i samsvar med målstrålen; og en deteksjonsanordning anbrakt effektivt i fokalplanet og i hovedstrålingsbanen, der deteksjonsanordningen reagerer på den andre stråling for å detektere posisjonen av illumineringsstrålen i forhold til posisjonen av målvektoren.

Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgraden til et elektro-optisk system med en siktlinje-sensor som reagerer på en første stråling fra et mål for å avføle målets posisjon og innstille retningen av en målvektor slik at den samsvarer med målets posisjon, og en siktlinje-illuminator for å rette en illumineringsstråle av en andre stråling mot det lokaliserte mål, hvor det med innsiktingsgrad menes i hvilken grad målvektoren og illumineringsstrålen har oppnådd et forutbestemt vinkelmessig forhold, idet fremgangsmåten omfatter: generering av en målstråle av den første stråling definert ved en åpning i fokalplanet og retting av målstrålen langs en hovedstrålingsbane som er hovedsakelig perpendikulær til fokalplanet til en sekundær refleksjonssone, reflektering av målstrålen ved den sekundære refleksjonssone til en primær refleksjonssone, og reflektering av målstrålen ved den primære refleksjonssone til det elektro-optiske systemets sensor, idet målstrålen får sensoren til å innstille retningen av målvektoren hovedsakelig i overenstemmelse med målstrålen; og reflektering av illumineringsstrålen ved den primære refleksjonssone til den sekundære refleksjonssone, reflektering av illumineringsstrålen ved den sekundære refleksjonssone til en detektorposisjon i fokalplanet langs hovedstrålingsbanen, og detektering av illumineringsstrålens posisjon i forhold til målvektorens posisjon ved detektorposisjonen.

Den første strålings kilde-anordning omfatter fortrinnsvis en første strålingskilde slik som en infrarød mørkstrålingskilde, og detekteringsanordningen omfatter en detektormatrise som reagerer på illumineringsstrålen av den andre stråling. Den infrarøde mørkstrålingskilden og detekteringsanordningen kan være adskilt fra hovedstrålingsbanen, i hvilket tilfelle strålereflekterende anordninger, slik som speil eller strålesplittere, kan benyttes for å styre strålene på riktig måte.

Apparatet ifølge den foretrukne utførelsesform omfatter interne innrettings-anordninger for å innrette strålingskilden med detekterings-anordningen, idet den interne innrettingsanordning omfatter en strålingskilde-anordning for intern innretting som effektivt er plassert i hovedstrålingsbanen for å generere en intern innrettingsstråle av en tredje stråling som detekteringsanordningen reagerer på, og for å rette den interne innrettingsstråle hovedsaklig langs hovedstrålingsbanen sekvensielt til den sekundære refleksjonsanordning og til den primære refleksjonsanordning, og en retroreflektor-anordning anbrakt hovedsakelig i hovedstråleingsbanen og fortrinnsvis ved siden av den sekundære refleksjonsanordning for å motta den interne innrettingsstrålen fra den primære refleksjonsanordning og reflektere den interne innrettingsstråle sekvensielt til den primære refleksjonsanordning, til den sekundære refleksjonsanordning og hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen til detekteringsanordningen .

Den interne innrettingsstråle i den foretrukne utførelses-form gir den foreliggende oppfinnelsen en viktig fordel i forhold til tidligere kjente anordninger, nemlig ved at den tilveiebringer en referansemåling for detekteringsanordningen for å fastslå den nøyaktige posisjon av målstrålen som rettes mot det elektro-optiske systemets FLIR uavhengig av fysiske eller strukturelle organer i testhodet eller det elektro-optiske systemet. Dette trekk skyldes dels overenstemmelsen mellom den optiske bane som følges av den interne innrettingsstråle i testhodet og de optiske baner som følges av den utgående stråle og den innkommende illumineringsstråle.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter generering av en målstråle av en første stråling i et fokalplan og retting av målstrålen langs hovedstrålingsbanen hovedsakelig perpendikulært til fokalpunktet til en sekundær refleksjonssone, reflektering av målstrålen ved den sekundære refleksjonssone til en primær refleksjonssone, og reflektering og kollimering av målstrålen ved den primære refleksjonssone til sensoren i det elektro-optiske system. Målstrålen får sensoren til å innstille retningen av målvektoren hovedsakelig i overenstemmelse med målstrålen. Fremgangsmåten omfatter videre reflektering av illumineringsstrålen til det elektro-optiske systemet ved den primære refleksjonssone til den sekundære refleksjonssone, reflektering av illumineringsstrålen ved den sekundære refleksjonssone til et detektorsted i fokalplanet langs hovestrålings-banen og detektering av posisjonen til illumineringsstrålen i forhold til posisjonen for målvektoren ved detektorstedet.

Den foretrukne utførelsesform omfatter generering av en intern inrettingsstråle av en tredje stråling som detektoren reagerer på, idet den interne inrettingsstråle omfatter et bilde som representerer stedet for målstrålen, og retting av den interne inrettingsstråle hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen sekvensielt til den sekundære refleksjonssone, til den primære refleksjonssone, til en retro-reflekterende sone, til den primære refleksjonssone, til den sekundære refleksjonssone, og hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen til et sted på samme detektor som brukes til å lokalisere illumineringsstrålen av den andre stråling, og detektering av possjonen til bildet i den interne innrettingsstrålen ved detektorstedet for å fastslå posisjonen til målstrålen i forhold til detektoren. Fremgangsmåten tilveiebringer således en relativ måling som fastslår en inrettings-referanse mellom interne apparaterdeler uansett bevegelse eller oppførselen til det elektro-optiske systemet som testes.

De vedføyde tegninger som er innbefattet i og utgjør en del av beskrivelsen, illustrerer en for tiden foretrukket utførelsesform og en fremgangsmåte for gjennomføring av oppfinnelsen, og gir sammen med den generelle beskrivelse som er gitt ovenfor og den detaljerte beskrivelse av den foretrukne anordning og fremgangsmåte som er gitt nedenfor, en forklaring på prinsippene bak oppfinnelsen. Det vises til tegningene: Hvor fig. 1 viser en foretrukket utførelse av et apparat for måling av innsiktningsgrad montert på et femakse bevegelses bord; Fig. 2 er et skjema over de interne hovedkomponenter i testhodet i anordningen som er vist på fig.l; Fig. 3 er et skjemaa over testhodet i den foretrukne utførelsesform som er vist på fig. 1 og 2, og illustrerer dets indre arrangement; Fig. 4 viser en perspektivskisse av hovedoptikken i den foretrukne utførelsesform montert i testhodet på fig. 2 og 3; Fig. 5 A viser den primære reflektor i hovedoptikken som vist på fig.4; Fig. B viser den sekundære reflektor i hovedoptikken på fig. 4; Fig. 6 er et skjema over FLIR-mål montert i testhodet på fig. 2 og 3; Fig. 7 er et skjema over valgte komponenter i testhodet på fig. 2 og 3, som illustrerer den interne inrettingsmodus for den fortrukne fremgangsmåte; Fig. 8 er et skjema over valgte komponenter i testhodet på fig. 2 og 3, som illustrerer målprojiserings-modusen til den foretrukne fremgangsmåte; Fig. 9 er et skjema over valgte komponeter i testhodet som er vist på fig. 2 og 3, og som illustrerer målemodus for innsiktningsgrad ifølge den fortrukne fremgangsmåte.

Det vil nå bli vist detaljert til den foretrukne utførelses-form av anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, slik disse er illustrert på de vedføyde tegninger, hvor like henvisningstall betegner like eller tilsvarende deler på de forskjellige tegninger.

Den foretrukne utførelsesform av apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beregnet på statisk og dynamisk testing av innsiktningsgraden til et elektro-optisk system med en siktelinje-sensor som reagerer på en første stråling fra et mål for å avføle målets posisjon, og for innstilling av retningen til en målvektor slik at den stemmer med posisjonen til det lokaliserte mål, og en siktlinje-illuminator for å rette en illumineringsstråle av andre stråling ved det lokaliserte mål.

For illustrasjonens skyld antas det her at siktlinje-sensoren er en FLIR som reagerer på infrarød stråling som stammer fra målet og har en bølgelengde på f.eks. 8-12 mikrometer, og som oppfører seg i samsvar i med Plancks fordeling. Den fremadseende infrarøde sensor (FLIR) er i stand til å avføle et mål med en høy grad av retningsbestemmelse basert på målets infrarøde struktur. Den infrarøde sensor angir målets posisjon ved å frembringe en imaginær målvektor rettet fra midten av den infrarøde sensorens betraktningsåpning til sentrum av målets infrarøde signatur.

For illustrasjonens skyld antas det også at siktlinje-illuminatoren her er en laserpeker med en høydirektiv illumineringsstråle av en andre stråling, f.eks. ved en bølgelengde på 1 mikrometer.

Innsiktningsgrad slik det brukes her, refererer seg til i hvilken grad målvektoren til den infrarøde sensoren og illumineringsstrålen til laserpekeren har oppnådd et forutbestemt vinkelmessig forhold, f.eks. 0, hvor strålene er hovedsakelig konsentriske når de er riktig innrettet, som beskrevet ovenfor.

Den foretrukne anordning og fremgangsmåte er innrettet for

å arbeide i tre modi. Den første modus er en målprojiserings-modus hvor en målsignatur eller en målstråle blir generert og projisert mot det elektro-optiske systemets sensor. Dette får sensoren til å innstille retningen av målvektoren (for å peke på seg selv) ved en kjent posisjon, f.eks. det punkt fra hvilket målsignaturen stammer, under målprojeksjonsmodusen blir derfor målvektoren til det elektro-optiske systemets sensor fiksert eller innstilt ved en kjent posisjon på anordningen ifølge

oppfinnelsen, selv om det elektro-optiske systemet er i bevegelse i forhold til anordningen.

Det elektro-optiske systemet reagerer på identifiseringen og lokaliseringen av målet ved å bringe målpekeren til å projisere en illumineringsstråle for å belyse eller illuminere målet som reaksjon på sensorens målvektor. Oppfinnelsens annen modus som her kalles innsiktningsgrad-modus, detekterer posisjonen av illumineringsstrålen. Denne informasjonen blir sammenlignet med målvektorens posisjon, som fastslås under den tredje arbeidsmodus, for å tilveiebringe et mål på innsiktningsgraden til det elektro-optiske systemet.

Anordningen ifølge den foretrukne utførelsesform og fremgangsmåte arbeider i en tredje modus, som her kalles den interne innrettingsmodus, under hvilken deteksjonsanordninger for å detektere illumineringsstrålen blir kalibrert eller innstilt i forhold til målsignaturens projeksjonsposisjon. Den interne innrettingsmodus tilveiebringer denne funksjonen ved å generere og projisere en intern innrettingsstråle av en tredje stråling fra en posisjon i fokalplanet til hovedoptikken langs målstrålens bane projisert til det elektro-optiske systemets fremadseende infrarøde sensor. Den interne innrettingsstråle blir kollimert ved hjelp av hovedoptikken og retro-reflektert tilbake gjennom hovedoptikken. Dette gjør at den interne innrettingsstråle blir fokusert i fokalplanet ved deteksjonsanordningen. Deteksjonsanordningen avføler posisjonen til et bildepunkt i den interne innrettingsstråle og lagrer denne målingen som en referanseverdi som indikerer målstrålens sentroide. Hvis det elektro-optiske systemets innsiktningsgrad er korrekt tilveiebrakt vil det elektro-optiske systemet rette illumineringsstrålen i overenstemmelse med denne referanseposisjonen. Siden den interne innrettingsstrålen innstiller refreanseverdien eller posisjonen i deteksjonsanordningen, er det ikke nødvendig med noen mekanisk bevegelse eller justering av posisjonen til deteksjonsanordningen.

Den interne innrettingsmodus er således ekvivalent med å tilveiebringe et felles fysisk referansepunkt mellom målsignaturens projeksjon (målprojeksjons-modus) og illuminerings stråle-deteksjon (modus for måling av innsiktningsgrad) uten å benytte en del av selve det elektro-optiske system som referanse.

Anordningen i følge den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen som generelt er betegnet med referansetallet 10,

er vist på fig. 1. Denne foretrukne utførelsesform omfatter et testhode 12 og en styreenhet 14 som skal beskrives nærmere nedenfor. Styreenheten 14 kan omfatte tilhørende perifere anordninger slik som en fjernanvisning 16, en datamaskin 18 og en skriver 20.

Testhodet 12 er montert på et femaksesimuleringssystem 22 for flybevegelse, som konvensjonelt er kjent som et bevegelses-bord eller et kardangbord, som har et rulle-stampe-slingre-plan 24 og en ytre slingrebøyle-opphengt asimut-elevasjons-arm 26. Testhodet 12 er fortrinnsvis montert på den ytre kardangarm 26 ved skjæringen mellom en asimut-understøttelse 28 og en elevasjons-understøttelse 30. Testhodet 12 har en testapertur eller teståpning 12' som er posisjonert mot bevegelsesbordets 22 plan 24.

Et elektro-optisk system32 som skal testes, blir montert ved midten av planet 24 til bevegelsesbordet 22, fortrinnsvis direkte under testhodet 12 som vist på fig. 1, for testing ved bruk av den foretrukne anordning og fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Det elektro-optiske systemet omfatter en fremadseende infrarød sensor (FLIR) og en laserpeker som er posisjonert ved siden av en optisk apertur eller åpning 32' gjennom hvilken den infrarøde sensor og laserpekeren sender og mottar stråling. Det elektro-optiske systemet 32 er posisjonert på planet 24 slik at den optiske apertur 32' vender mot teståpningen 12' til testhodet 12, for således å gjøre det mulig for den infrarøde sensor å avføle infrarød stråling som stammer fra teståpningen 12', og for å gjøre det mulig for laserpekeren å belyse teståpningen 12'.

Det elektro-optiske system 32 kan antas å ha en optisk akse 34 som strekker seg gjennom den optiske åpning 32' og tilsvarer en FLIR-betraktende retning på 0° og en laserpeker-vinkel på

0°, idet aksen 34 strekker seg direkte utover fra den optiske apertur 32'. Testhodet 12 kan også antas å ha en optisk akse 3 6 som strekker seg gjennom testaperturen 12' direkte utover fra

testaperturen 12'. Bevegelsesbordet 22 har en referanseposisjon hvor rulling, stamping og slingring av planet 24 er 0 og skjæringen mellom asimut- og elevasjons-understøttelsene 28 og 3 0 er ved 0 asimut og elevasjon. Ved denne referanseposisjonen er den optiske aksen 34 til det elektro-optiske systemet 32 innrettet med en optiske akse 3 6 til testhodet 12. Den infrarøde sensoren i det elektro-optiske systemet 32 er innrettet for å avføle mål ved avstander på flere kilometer og innenfor flere grader av den optiske aksen 34. Bevegelsesbordet 22 kan følgelig bevege det elektro-optiske systemet 32 i forhold til testhodet 12, slik at den infrarøde sensorens evne til å detektere mål over hele sitt vinkelmessig betraktningsområde på flere grader, og laserpekerens evne til å belyse målene ved disse forskjellige vinklene, kan testes. Det elektro-optiske systemets 32 evne til dynamisk å følge og belyse beveglige mål kan også testes med denne konstruksjonen. En grensesnitt-boks eller.-anordning 38 kan brukes til å koble det elektro-optiske systemet 32 til styreenheten 14 slik at informasjon om det elektro-optiske systemets operasjon, slik som interne FLIR- og laserpeker-kommandoer og reaksjoner kan leveres til styreenheten 14 under en test.

Den interne oppbygging av testhodet 12 i samsvar med den foretrukne utførelsesform, er vist på fig. 2 og 3. Fig. 2 viser skjematisk valgte indre komponenter i testhodet 12, som illustrerer anordningens virkemåte. Fig. 3 viser arrangementet av disse interne komponentene i testhodet 12 inne i et hus 39.

Den foretrukne utførelsesform benytter en enkelt optisk sammenstilling i testhodet 12 til å projisere målstrålen under målprojeksjons-modusen og for å motta illumineringsstrålen under modusen for måling av innsiktingsgrad. Følgelig omfatter testhodet 12 en primær refleksjonsanordning for å reflektere den første og den andre stråling, dvs. infrarød stråling for den infrarøde sensor og monokromatisk lys for laserpekeren, mellom det elektro-optiske system 32 og en sekundær refleksjonssone. Den primære refleksjonsanordning i den foretrukne utførelsesform omfatter en primær reflektor 40, f.eks. et speil, som har en reflekterende overflate 42 i stand til å reflektere den første og den andre stråling.

Testhodet 12 omfatter også en sekundær refleksjonsanordning anbrakt i den sekundære refleksjonssone og i avstand fra den primære refleksjonsanordning, for å reflektere den første og andre stråling mellom den primære refleksjonsanordning og en hovedstrålingsbane 44. Den sekundære refleksjonsanordning omfatter en sekundær reflektor 46, f.eks. et speil, som har en reflekterende overflate 48 i stand til å reflektere den første og andre stråling.

Som vist på fig. 4 omfatter den primære reflektor 40 og

den sekundære reflektor46, som kollektivt kalles hovedoptikken, en optikk med to elementer innrettet for å motta kollimert stråling fra det elektro-optiske systemet 32 og fokusere den i et fokalplan omkring et fokalpunkt F. Hovedoptikken utfører denne funksjonen forutsatt at det elektro-optiske systemet 32

er innenfor deteksjonsanordningens vinkelmessige betraktningsfelt sett gjennom hovedoptikken. Siden det elektro-optiske systemets 3 2 vinkelområde er i størrelsesorden flere grader, forplanter stråling seg mellom det elektro-optiske systemet 32 og fokalplanet langs hovedsakelig en enkelt bane, dvs. hovedstrålingsbanen 44. Hovedstrålingsbanen 44 er i virkeligheten en rekke baner mellom punkter i fokalplanet og på overflatene til den sekundære reflektor 46 og den primære reflektor 40, idet hvert punkt i fokalplanet svarer til en strålingsvinkel ved overflaten 42 til den primære reflektor 40. Fokalpunktet F er et spesielt strålingstilfelle med en vinkel på 0° i forhold til hovedoptikken med to speil. Kollimert stråling som stammer fra det elektro-optiske systemet 32 mens testhodet 12 er innenfor vinkelområdet til det elektro-optiske systemet 32, blir således fokusert i et fokalplan omkring fokalpunktet F ved hjelp av hovedoptikken. Dette skjer med lasepekerens illumineringsstråle under modus

for måling av innsiktingsgrad.

På lignende måte og i samsvar med det velkjente gjensidig-hetsprinsippet i optikken, vil stråling som projiseres fra en punktkilde ved fokalpunktet F bli kollimert av hovedoptikken og forplantet utover som parallell stråling ved 0° og som fyller testaperturen 12'. Stråling fra en bred kilde omkring fokalpunktet F vil fylle aperturen 12' med stråling som har en tilsvarende vinkelfordeling. Dette skjer med målstrålen under målproj eksj ons-modusen.

Ifølge den foretrukne utførelsesform omfatter de reflekterende overflatene 42 og 48 høypolerte metallspeil slik som gullbelagt, diamantbearbeidet aluminium. De reflekterende overflatene 42 og 48 har fortrinnsvis overflategeometrier som svarer til henholdsvis en konkav paraboloid og en konveks hyperboloid, som hver vender mot den annen i en Cassegrain-konfigurasjon.

En spesiell utførelsesform av hovedoptikken som beskrevet ovenfor, er blitt konstruert, og en illustrasjon av denne er vist på Fig. 4, 5A og 5B. Den primære reflektor 40 som er vist på Fig. 4 og 5A, måler omkring 28 cm (11") ved sin maksimale bredde langs x-aksen og omkring 38 cm (15") ved sin maksimale høyde langs y-aksen. Den reflekterende overflate 42 har overflategeometri langs z-aksen i henhold til

hvor p<2>=x2+y2 ,r±= -22.409, Aj_ = -1, og x, y og z er de tre aksene i et rettvinklet koordinatsystem. Den sekundære reflektor 46 som er vist på Fig. 5B, måler omkring 15 cm (6") ved sin maksimale bredde langs x-aksen og omkring 20 cm (8") ved sin maksimale høyde langs y-aksen. Den reflekterende overflate 48 har overflategeometri z2langs z-aksen ifølge

hvor p<2>=x2 + y2 , r2<=>-7.272, A2<=>-1.6112155, og x, y og z er de tre aksene i et rettvinklet koordinatsystem.

På Fig. 4 ligger hovedstrålingsbanen 44 mellom den sekundære reflektor 46 og fokalpunktet F. I samsvar med velkjente optiske prinsipper, kan hovedstrålingsbanen 44 og fokalpunktet F beveges til forskjellige alternative posisjoner mens de effektivt forblir ved stedene som er vist på Fig. 4, ved å innføre strålereflekterende innretninger slik som speil og strålesplittere i hovedstrålingsbanen 44. Som vist på

Fig. 2 og 3 kan strålesplittere brukes til å skape en rekke baner, slik som de tre banene med deler indikert ved 44a, 44b og 44c, og en tilsvarende rekke fokalpunkter Fa, Fb og Fc.

Hver av hovedstrålingsbanene 44a, 44b og 44c har sammen med en tilsvarende del av banen 44, f.eks mellom den sekundære reflektor 46 og de strålereflekterende innretningene henholdsvis 58, 82 og 90, en banelengde som er hovedsakelig lik banelengden til hovedstrålingsbanen 44 som vist på Fig. 4, og hvert av fokalpunktene Fa, Fb og Fc ligger ved effektivt den samme posisjon som fokalpunktet F. Disse alternative posisjonene for baner og fokalpunkter kan anvendes i den foretrukne utførelses-form, som nærmere beskrevet nedenfor.

Testhodet 12 omfatter en første strålingskilde anordnet effektivt i hovedstrålingsbanen 44 for å generere en målstråle 50 av den første stråling (som beskrevet ovenfor) og for å

rette en målstråle 50 langs hovedstrålingsbanen 44 sekvensielt til den sekundære refleksjonsanordning, til den primære refleksjonsanordning og til sensoren i det elektro-optiske systemet langs den bane som er beskrevet ovenfor for målprojeksjons-modusen. Siden sensoren i dette illustrerende eksemplet omfatter en fremadseende infrarød sensor, omfatter strålingskilden fortrinnsvis en infrarød mørkstrålende kilde 52. Målstrålen 50 som genereres av den infrarøde mørkstrålingskilden 52 og rettes til den infrarøde sensor via hovedoptikken, får den fremadseende infrarøde sensoren i det elektro-optiske systemet 32 til å innstille retningen av målvektoren hovedsakelig i overensstemmelse med målstrålen 50. Innstillingen av målvektoren kan omfatte identifisering av posisjonen til målet på et fokalplan eller mosaikken til den fremadseende infrarøde sensor, og beregning av en tilsvarende målvektor-retning. Selvsagt kan en defekt eller feilrettet infrarød sensor mislykkes når det gjelder å innstille målvektoren nøyaktig i samsvar med målstrålen 50, noe som kan detekteres av styreenheten 14 via grensesnitt-boksen 34 (fig. 1).

Fortrinnsvis er den infrarøde mørkstrålingskilden 52 atskilt fra hovedstrålingsbanen 44 slik at målstrålen 50 blir projisert fra den infrarøde mørkstrålingskilden 52 langs banen 44/44a, som vist på fig. 2 og 3. En strålereflekterende anordning slik som et bevegelig eller dreibart speil 54, mottar målstrålen 50 fra kilden 52 og reflekterer hovedsakelig 100% av strålen langs banen 44a gjennom en stråleavgrensende anordning som er anbragt i hovedstrålingsbanen 44a omkring fokalpunktet Fa i hovedoptikkens fokalplan, slik som et FLIR-mål 56, og på den strålereflekterende anordning, slik som en strålesplitter 58 som er anbragt i hovedstrålingsbanen 44. Strålesplitteren 58 reflekterer så målstrålen 50 langs hovedstrålingsbanen 44 til den sekundære reflektor 46.

FLIR-målet 56 begrenser målstrålen 50 til et forholdsvis lite område av fokalplanet for å forsyne den fremadseende infrarøde sensoren (FLIR) med et spesielt målvinkel-område som svarer til en størrelse på en målsignatur. Under henvisning til fig. 6 omfatter FLIR-målet 56 en plate 60 som omgir en åpning eller apertur 62. Platen 60 er opak for første, andre og tredje stråling. Den overflate 64 av platen 60 som vender mot strålesplitteren 58, har høy utstrålingsevne, og den overflate 66 som vender mot det dreibare speil 54, har lav utstrålingsevne. Dette tillater overflaten 64 på platen 60 å utsende mørkstråling som svarer til omgivelsestemperaturen til platen 60, mens absorpsjon av stråling fra den infrarøde mørkstrålingskilden 52 ved overflaten 66 unngås, noe som ville kunne heve denne omgivelsestemperaturen.

Aperturen 62 omfatter en skive av et materiale som er egnet for å slippe gjennom både den første og tredje stråling, slik som sink selenid. En liten flekk 68 som er opak for både første og tredje stråling, er anbrakt i midten av skiven. Flekken 68 gir et skyggebilde for intern innretting i den foretrukne utførelsesform, som beskrevet nedenfor.

Riktig virkemåte av den infrarøde mørkstrålingskilden 52 og FLIR-målet 54 er avhengig av at disse elementene holdes under forholdsvis stabile forhold, f.eks. temperatur og fuktighet. Fortrinnsvis blir det opprettholdt en forutbestemt temperaturforskjell mellom kilden 52 og dens omgivelser.

F.eks. er testaperturen 12', speilet 54 og FLIR-målet 56 alle ved omgivelsestemperaturen, mens den infrarøde mørkstrålings- kilden 52 kan drives nøyaktig til en temperatur fra 0 til 25°C ove$- denne omgivelsestemperaturen. Tilstrekkelig energi er således tilgjengelig fra kilden 52 for FLIR-testing mellom bølgelengder på 8 og 14 mikrometer. I tillegg er speilet 54 og FLIR-målet 56 beskyttet mot omgivelsene og er regulert ved å bruke et vindu 70 (fig. 2 og 3) konstruert av et materiale som tillater gjennomslipping av første og tredje stråling.

I samsvar med moduset for måling av innsiktingsgrad omfatter den foretrukne utførelsesform en deteksjonsanordning anbragt effektivt i hovedstrålingsbanen 44 ved eller nær fokalpunktet F i fokalplanet, og som regagerer på den annen stråling for å detektere posisjonen av illumineringsstrålen i forhold til posisjonen av målvektoren som bestemmes ved å bruke en referanseverdi fra det interne innrettingsmodus. Deteksjonsanordningen i den foretrukne utførelsesform omfatter en detektormatrise 80 som reagerer på laserlys av den type som sendes ut av laserpekeren i det elektro-optiske systemet 32.

Et antall kommersielt tilgjengelige detektorer er egnet for

bruk som detektormatrise 80, som fagfolk på området lett vil innse. Detektormatrisen 80 er effektivt anbragt ved eller nær fokalpunktet F, som svarer til posisjonen for den infrarøde mørkstrålingskilden 52, og dermed til posisjonen av det målbilde som frembringes av testhodet 12 og betraktes av den fremadseende infrarøde sensor (FLIR) i det elektro-optiske systemet 32. Selv om detektormatrisen 8 0 kan være anbragt direkte i hovedstrålingsbanen 44, er den fortrinnsvis atskilt fra banen 44 og er anbragt ved en posisjon som svarer til fokalpunktet Fb langs banen 44b. Testhodet 12 omfatter en strålereflekterende anordning, slik som en strålesplitter 82, anbragt i hovedstrålingsbanen 44 for å reflektere illumineringsstrålen fra hovedstrålingsbanen 44 til detektormatrisen 80.

Deteksjonsanordningen omfatter fortrinnsvis en stråledempende anordning, slik som et dempeledd/filter 84 med variabel densitet, anbragt mellom den sekundære reflektor 46 og detektormatrisen 80 for å dempe illumineringsstrålen. Dempe-leddet/filteret 84 reduserer intensiteten av illumineringsstrålen for å unngå metning eller skade på følsomme komponenter i detektormatrisen 80, og for å opprettholde et ønsket signalnivå på detektormatrisen 80. I den her skisserte utførelse kan dempningsgraden reguleres via den relative posisjon av to kiler 84a og 84b. F.eks. blir kilen 84a beveget fra høyre til ventre på fig. 3 for å øke dempningen, noe som kan gjøres manuelt eller via motorisert datamaskin-styring.

Deteksjonsanordningen omfatter også fortrinnsvis en hurtig detektor 86 anbragt effektivt i hovedstrålingsbanen 44 og koblet til detektormatrisen 80 for å utløse detektormatrisen 80 som reaksjon på illumineringsstrålen. Den hurtige detektoren 86 omfatter fortrinnsvis en spredeanordning, slik som et spredeglass 88 anbragt effektivt i hovedstrålingsbanen 44 ved fokalpunktet F til hovedoptikkens fokalplan for å spre eller diffusere illumineringsstrålen for å gjøre den hurtige detektoren 86 uavhengig av den nøyaktige posisjon eller fokalpunktet til illumineringsstrålen. Den hurtige detektoren 86 og spredeglasset 88 er fortrinnsvis atskilt fra hovedstrålingsbanen 44 i banen 44c, og spredeglasset 88 er anbragt ved en posisjon som svarer til fokalpunktet Fc, som vist på fig. 2 og 3. Følgelig omfatter deteksjonsanordningen en strålereflekterende anordning, slik som et speil 90, anbragt i hovedstrålingsbanen 44 for å reflektere illumineringsstrålen fra hovedstrålingsbanen 44 til den hurtige detektoren 86. Dempeleddet/filteret 84 er anbragt mellom den sekukndærereflektor 46 og strålesplitteren 82.

Under det interne innrettingsmodus blir det foretatt en relativ måling som fastslår en innrettingsreferanse mellom målstrålen og et sted på detektormatrisen 80. Dette gjøres ved å utpeke det sted på detektormatrisen 8 0 som svarer til målbildet, som nullpunktet eller origo for detektormatrisen 80. For å utføre denne funksjonen omfatter den foretrukne utførelses-form av oppfinnelsen en intern innrettingsanordning for å fastslå den relative posisjon åv strålingskilde-anordningen i forhold til deteksjonsanordningen. Den interne innrettingsanordning omfatter en intern .innrettings-strålingskilde som er effektivt anbragt i hovedstrålingsbanen 44 for å generere en intern innrettingsstråle 100 av en tredje stråling som detektor-matrisen 80 og den hurtige detektoren 86 reagerer på, og for å rette den interne innrettingsstråle 100 hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen 44. Den interne innrettings-strålingskilde omfatter fortrinnsvis en intern innrettings-strålekilde 102 slik som en buelampe med inert gass av konvensjonell konstruksjon, og som har en apertur eller åpning 102' posisjonert for å rette en intern innrettingsstråle mot hovedoptikken langs hovedstrålingsbanen 44.

I samsvar med den foretrukne utførelsesform er den interne innrettings-strålekilde 102 atskilt fra hovedstrålingsbanen 44 og er innrettet med det dreibare speil 54 slik at åpningen 102' i den interne innrettings-strålekilden 102 er innrettet med åpningen 62, ogderfor er perpendikulær til og passerer hovedsakelig gjennom rotasjonsaksen 54'. Den interne innrettings-strålekilde 102 retter en intern innrettingsstråle 100 til det dreibare speil 54, som retter strålen gjennom åpningen 62 hvor den tar opp et skyggebilde av flekken 68, og så til strålesplitteren 58 langs banen 44a. Strålesplitteren 58 reflekterer den interne innrettingsstråle 100 langs banen 44 mot den sekundære reflektor 44. Det dreibare speil 54 reflekterer således i alternativ (1) målstrålen 50 fra den infrarøde mørkstrålingskilde 52 til strålesplitteren 58, og (2) den interne innrettingsstråle 100 fra den interne innrettings-strålekilde 102 til strålesplitteren 58.

Strålesplitteren 58 reflekterer en hoveddel av den interne innrettingsstråle 100 til den sekundære reflektor 46, som reflekterer strålen til den primære reflektor 40. Den primære reflektor 40 reflekterer strålen 100 mot aperturen 12' og den sekundære reflektor 46.

For å lette intern innretting ved bruk av den reflekterte del av strålen 100, omfatter testhodet 12 fortrinnsvis en retro-reflekterende anordning anbragt hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen 44 og fortrinnsvis ved siden av den sekundære reflektor 4 6 for å motta den interne innrettingsstråle 100 fra den primære reflektor 40, og for å reflektere denne strålen sekvens helt tilbake til den primære reflektor 40, som reflekterer strålen tilbake til den sekundære reflektor 46.

Den sekundære reflektor 46 reflekterer strålen 100 hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen 44 til deteksjonsanordningen. Den retro-reflekterende anordning i den foretrukne utførelsesform omfatter en kubushjørne-reflektor 106 av konvensjonall konstruk sjon. Posisjonen til retro-reflektoren 106 er her gitt som en illustrasjon og ikke en begrensning. Retro-reflektoren 106 kan alternativt være anbragt i et antall forskjellige posisjoner og utføre de ovenfor beskrevne funksjoner, noe som lett vil kunne forstås av en vanlig fagmann på området.

Som nevnt ovenfor, utfører hovedoptikken denne funksjonen uansett posisjonen av det elektro-optiske systemet 32 i forhold til testhodet 12. Den interne innrettingsstrålen følger således en bane i likhet med de baner som følges av mål-og illumineringsstrålene, og faller også på retro-reflektoren 106. Retro-reflektoren 106 reflekterer strålen tilbake til den primære reflektor 40, som reflekterer den til den sekundære reflektor 46. Den sekukndære reflektor 4 6 reflekterer strålen 100 langs baner 44/44b og 44/44c til detektormatrisen 80 og hurtigdetektoren 86, repsektive. Dette er i samsvar med hovedegenskapen til retro-reflektorer hvor en innfallende stråle vil bli reflektert nøyaktig parallelt med seg selv

(innenfor vinkeltoleransen ved fremstilling av retro-reflektoren)

uansett innfallsvinkel i forhold til retro-reflektoren. Monteringsnøyaktigheten av retro-reflektoren 104 er således

ikke kritisk.

Den foretrukne utførelsesform kan også omfatte en styre-anordning slik som styreenheten 14 og en datamaskin 18 koblet til detektor-matrisen 80 for å motta de data som er oppnådd under modiene for intern innretting og måling av innsiktingsgrad, og for å beregne posisjonen av illumineringsstrålen i forhold til posisjonen og retningen av målvektoren, eller mer nøyaktig,

i forhold til posisjonen til den interne innrettingsstråle 100. Styreenheten 14 og datamaskinen 18 kan omfatte konvensjonelle mikroprosessorer eller sentralbehandlingsenheter med passende grensesnitt-kretser for tilpasning til detektor-matrisen 80.

Virkemåten til den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet for å illustrere den foretrukne fremgangsmåte. Det vises til fig. 1 hvor detelektro-optiske systemet 32 som skal testes, er montert ved sentrum av planet 24 tilbeveg-elsessporet 22. Testhodet 12 er montert på den ytre kardangarm 26 for bevegelsessporet 22, svarende til null asimut og elevasjon. Bevegelsesbordet 2 2 er ved sin referanse- eller likevekts-posisjon, og den optiske apertur 32' er innrettet med og vender mot testaperturen 12' til testhodet 12.

Det interne innrettingsmodus i den foretrukne fremgangsmåte blir utførtsom et første trinn. Det interne innrettingsmodus i samsvar med den foretukne fremgangsmåte omfatter generering av en intern innrettingsstråle, f.eks. den interne innrettingsstråle 100; retting av den interne innrettingsstråle 100 hovedsakelig langs en hovedstrålingsbane, f.eks. bane 44/44a, sekvensielt til en sekundær refleksjonssone, f.eks. ved den sekundære reflektor 46, til en primær refleksjonssone, f.eks. den primære reflektor 40, til en retro-reflektorsone, f.eks. retor-reflektoren 106, tilbake til den primære refleksjonssone. tilbake til den sekundære refleksjonssone og hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen 44 til en detektorposisjon, f.eks. langs bane 44/44b til detektor-matrisen 80; og detektering av posisjonen til bildet av flekken 68 i den interne innrettingsstråle 100

ved detektorposisjonen for å fastslå en referanseposisjon ved detektoren for målstrålen.

Det vises til Fig. 7 hvor det roterende eller dreibare speil 54 er posisjonert for å vende mot den interne innrettings-strålingskilde 102, og kilden 102 blir energisert. Den resulterende interne innrettingsstråle 100 blir reflektert fra speilet 54 til det bakbelyste FLIR-målet 56. Energien til strålen 100 fyller aperturen 62 til FLIR-målet 56 og danner et skyggebilde av den opake flekken 68. Dette skyggebildet tjener som en intern innrettings-referanseposisjon for deteksjonsanordningen. Skyggebildet er også til stede i målprojeksjons-moduset, men det er for lite til å ses av den fremadseende infrarøde sensor (FLIR).

Den interne innrettingsstråle 100 som omfatter skyggebildet, blir projisert gjennom vinduet 70 og på strålesplitteren 58, hvor noe av energien blir overført og tapt, men en tilstrekkelig del blir reflektert på den sekundære reflektor 46 og den primære reflektor 4 0 i hovedoptikken (Fig. 4). Disse elementene kollimerer den interne innrettingsstråle 100, og en del av den kollimerte energi blir rettet til retro-reflektoren 106. Retro-reflektoren 106 reflekterer denne energien tilbake gjennomhovedoptikken (dvs. sekvensielt til den primære reflektor og til den sekundære reflektor46) hvor strålen blir fokusert. Den sekundære reflektor 4 6 tilbakesender strålen til strålesplitteren 58. En del av denne tilbakesendte interne innrettings-stråle-energien passerer gjennom strålesplitteren 58 og gjennom dempeanordningen/filteret 84. Denne lett dempede energien blir så delt av strålesplitteren 82 hvor én del blir reflektert på detektormatrisen 80 effektivt ved eller nær fokalpunktet F.

Et bilde av referanseflekken til den interne innrettingsstrålen for FLIR-målet 56 opptrer skarpt fokusert ved en eller annen posisjon på detektormatrisen 80. Denne lineære posisjonen avhenger av vinkelposisjonen til bildet av aperturen 62 til FLIR-målet 56. De fysiske koordinatene til sentroiden for

dette bildet på detektormatrisen 80 blir beregnet elektronisk, f.eks. ved hjelp av datamaskinen 18 på Fig. 1, og lagret som en sentroide-referanse for FLIR-projeksjonen. Denne posisjonen blir så brukt i moduset for måling av innsiktingsgrad til å representere en referanseverdi for posisjonen av målstrålen i forhold til en nøyaktig posisjon på detektormatrisen, idet denne referanseposisjonen svarer til den ønskede posisjon av sentroiden til illumineringsstrålen for et riktig innrettet elektro-optisk system. Den interne innrettingsstrålen 100 og den infrarøde strålingen til målstrålen 50 passerer således begge gjennom de samme optiske elementer, og begge blir kollimert ved hjelp av den samme hovedoptikken, dvs. den primære og sekundære reflektor 40 og 46. Følgelig følger den interne innrettingsstrålen 100 hovedsakelig den samme bane som illumineringsstrålen.

Ved fullføring av det interne innrettingsmodus blir målprojeksjons-moduset utført, hvorunder en målsignatur blir projisert mot det elektro-optiske systemet som testes, for å innstille retningen av målvektoren til den fremadseende infrarøde sensor (FLIR). Følgelig omfatter den foretrukne fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen generering av en målstråle av en førstestråling og retting av målstrålen langs hovedstrålingsbanen til en sekundær refleksjonssone, reflektering av målstrålen ved den sekundære refleksjonssone til en primærrefleksjonssone, og reflektering av målstrålen ved den primære refleksjonssone til sensoren i det elektro-optiske system som testes, som, som beskrevet detaljert ovenfor, får sensoren i det elektro-optiske systemet til å innstille retningen av målvektoren hovedsakelig i overensstemmelse med målstrålen.

Som beskrevet ovenfor med hensyn til posisjonen av den infrarøde mørkstrålingskilden 52, kan generering av målstrålen skje i avstand fra, men rettet mot hovedstrålingsbanen, i hvilket tilfelle målstrålen blir reflektert til og langs hovedstrålingsbanen ved hovedstrålingsbanen, f.eks. ved hjelp av strålesplitteren 58. Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis forming eller avgrensing av målstrålen omkring fokalpunktet F eller et ekvivalent punkt, slik det f.eks. gjøres ved hjelp av FLIR-målet 56.

På Fig. 8 passerer den infrarøde stråling i målstrålen 50 fra mørkstrålingskilden 52 gjennom åpningen 62 i FLIR-målet 56, hvor den går sammen med infrarød stråling fra platen 60 til FLIR-målet 56. Målstrålen 50 passerer gjennom vinduet 70 og blir reflektert av strålesplitteren 58, som virker som et plant speil ved bølgelengde-båndet 8-14 pm. Målstrålen 50 blir rettet av strålesplitteren 58 til den sekundære reflektor 46 og den primære reflektor 40, som kollimerer strålingen som et bilde av FLIR-målet 56 og projiserer det til det elektro-optiske systemets 32 fremadseende infrarøde sensor. Den fremadseende infrarøde sensor mottar et bilde av åpningen 62 som om bildet var i stor avstand, og kan "se på" dette bildet og spore det etterhvert som testhodet 12 beveges i forhold til det elektro-optiske systemet 32 på bevegelsesbordet 22. Under målprojeksjons-moduset innstiller således anordningen ifølge oppfinnelsen retningen av målvektoren til sensoren i overensstemmelse med den målsignatur som genereres av den infrarøde mørkstrålingskilde 52, selv når det elektro-optiske systemet 32 er i bevegelse i forhold til testhodet 32.

Det elektro-optiske systemet 32 reagerer også ved å generere en illumineringsstråle av den annen strålingstype (f.eks. monokromatisk laserlys) og retter illumineringsstrålen mot målet som utpekes av målvektoren. Ved riktig innretting vil illumineringsstrålen falle sammen med målvektoren ved målposisjonen, som i dette testrelaterte eksempel er fokal-punket F eller dets ekvivalent.

Etter at målvektoren er blitt innstilt under målprojeksjons-moduset og laserpekeren i det elektro-optiske systemet 32 har projisert illumineringsstrålen i test hodets 12 apertur 12', er anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innrettet til å gå inn i modus for måling av innsiktingsgrad, hvorunder posisjonen av illumineringsstrålen i forhold til målvektoren blir detektert. Den foretrukne fremgangsmåte omfatter følgelig reflektering av illumineringsstrålen som mottas fra det elektro-optiske systemet 32 ved den primære refleksjonssone til den sekundære refleksjonssone, reflektering av illumineringsstrålen ved den sekundære refleksjonssone til en detektorposisjon langs hovedstrålingsbanen, og detektering av posisjonen til illumineringsstrålen i forhold til posisjonen av målvektoren ved detektorposisjonen. Deteksjonen av illumineringsstrålen inntreffer fortrinnsvis i avstand fra hovedstrålingsbanen 44 og omfatter reflektering av illumineringsstrålen fra hovedstrålingsbanen 44 til detektorposisjonen, f.eks. ved detektormatrisen 80 ved bruk av strålesplitteren 82. Fremgangsmåten kan omfatte demping av illumineringsstrålen før detektering av posisjonen til illumineringsstrålen, f.eks. ved å bruke dempeanordningen/ filteret 84. Deteksjon av illumineringsstrålen kan også

omfatte utløsing av detektormatrisen 80 som reaksjon på illumineringsstrålen, f.eks. ved å bruke den hurtige detektor 86. Illumineringsstrålen kan spres eller diffuseres for å

gjøre utløsningen uavhengig av den nøyaktige posisjon av illumineringsstrålen i banen 44.

På Fig. 9 faller illumineringsstrålen som projiseres fra laserpekeren i det elektro-optiske systemet 32, på den primære reflektoroverflate 42 og den sekundære reflektoroverflate 48 i hovedoptikken, som fokuserer stråleenergien gjennom testhodet12 til fokalpunktet F. En liten del av energien reflekteres fra strålesplitteren 58 og blir ytterligere dempet av vinduet 70 for å unngå skade på den opake flekken 68. Illumineringsstrålen passerer gjennom strålesplitteren 58 og inn i dempeanordningen/ filteret 84 hvor den blir selektivt dempet.

Den dempede laserenergien faller deretter på strålesplit teren 82, hvor en del blir reflektert inn i detektormatrisen 80 ved fokalpunktet Fb til hovedoptikken. Resten av illumineringsstrålen passerer gjennom strålesplitteren 82 til speilet 90,

som retter den inn i spredeanordningen 88. Den defokuserte og diffuse laserenergien faller så på den hurtige detektoren 86

som "utløser" detektormatrisen 8 0 for å laste ned en dataramme. Data fra detektormatrisen 80 blir så f.eks. brukt i datamaskinen 18 på Fig. 1 til å beregne sentroideposisjonen til illumineringsstrålen i forhold til posisjonen av målvektoren som representert av den tidligere lagrede interne innrettingsstråle (sentroide-referansen). Datamaskinen 18 beregner så innsiktingsgraden mellom den fremadseende infrarøde sensor og laseren i det elektro-optiske systemet ut fra denne sammenligningen.

Straks illumineringsstrålen er blitt riktig dempet og rettet mot detektormatrisen 80 og den hurtige detektoren 86,

kan anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benytte de resulterende data til å utføre et antall funksjoner i tillegg til de som er beskrevet ovenfor. F.eks. kan flere utgangsparametere for laserpekeren måles. Disse kan innbefatte pulstids-informasjon slik som pulsbredde og mønsterrepitisjon, og strålekvalitetskarakteristikker slik som energiprofil og divergensvinkel. Et relativt mål på stråleintensiteten er også mulig, og ved å tilføye et kalibrert kalorimeter kan det foretas nøyaktige ampiitudemålinger. Modifikasjoner av den foretrukne utførelsesform kan også gjøres med hensyn til testlaser-mottagere i det elektro-optiske system 32.

Den foretrukne anordning og fremgangsmåte som er beskrevet her, tilveiebringer et antall betydelige fordeler i forhold til teknikkens stand. F.eks. muliggjør det interne innrettingsmodus og den tilsvarende anordning dynamisk testing med stor nøyaktig-het av et elektro-optisk system mens begrensningene ved tidligere kjente anordninger overvinnes, idet disse krever et fysisk eller strukturelt innrettings-referansepunkt.

Ytterligere fordeler og modifikasjoner vil lett kunne oppdages av fagfolk på området. F.eks. kan andre frekvensområder enn de som er beskrevet, i det elektro-magnetiske spektrum, benyttes. Derfor er oppfinnelsen ikke begrenset til de spesielle detaljer, representative innretninger og de illu strerende eksempler som er vist og beskrevet. Følgelig kan det foretas avvik fra slike detaljer uten å komme utenfor rammen for oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde patentkrav.

Claims (23)

1. Anordning for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgrad for et elektro-optisk system med en siktlinje-sensor som reagerer på en første stråling fra et mål for å avføle målets posisjon og innstille retningen av en målvektor slik at den stemmer overens med målets posisjon, og en siktlinje-illuminator for å rette en illumineringsstråle av en andre stråling mot det lokaliserte mål, idet det med innsiktingsgrad menes i hvilken grad målvektoren og illumineringsstrålen har oppnådd et forutbestemt vinkelmessig forhold, karakterisert ved en hovedoptikk som er optisk koblet til det elektro-optiske system og innrettet med en hovedstrålingsbane for å motta den andre stråling fra det elektro-optiske system og fokusere den andre stråling omkring et fokalpunkt i et fokalplan som er hovedsakelig perpendikulært til hovedstrålingsbanen, hvilken hovedoptikk omfatter en primær refleksjonsanordning for å reflektere den første og den andre stråling mellom det elektro-optiske system og en delreflektor-sone, og en sekundær refleksjonsanordning anbrakt i delreflektor-sonen og adskilt fra den primære refleksjonsanordning for å reflektere den første og andre stråling mellom den primære refleksjonsanordning og fokalplanet langs hovedstrålingsbanen; en første strålingskilde-anordning posisjonert effektivt i hopvedstrålingsbanen for å generere en målstråle av den første stråling og for å rette målstrålen langs hovedstrålingsbanen sekvensielt til den sekundære refleksjonsanordning, til den primære refleksjonsanordning og til det elektro-optiske systemets sensor, idet målstrålen får sensoren til å innstille retningen av målvektoren i det vesentlige i overensstemmelse med målstrålen; og en deteksjonsanordning posisjonert effektivt i fokalplanet og i hovedstrålingsbanen, og som reagerer på den andre stråling for å detektere posisjonen til illumineringsstrålen i forhold til posisjonen av målvektoren.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den primære refleksjonsanordning reflekterer den første og andre stråling mellom det elektro-optiske system og delreflektor-sonen for en rekke posisjoner av anordningen i forhold til det elektro-optiske system.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den primære refleksjonsanordning omfatter en reflekterende overflate med overflategeometri langs en z-akse i henhold til

hvor p2=x 2+ y2 , r i = -22.4 09, A-^ = —1, og x, y og z er de tre aksene i et rettvinklet koordinatsystem.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den sekundære refleksjonsanordning reflekterer den første og andre stråling mellom den primære refleksjonsanordning og hovedstrålingsbanen for en rekke posisjoner av anordningen i forhold til det elektro-optiske system.

5. Anordning i følge krav 1, karakterisert ved at den sekundære refleksjonsanordning omfatter en reflekterende overflate med overflategeometri z2 langs en z-akse i henhold til

hvor p <2> =x 2 + y <2> , r2<=> -7.272, A2<=> -1.6112155, og x, y og z er de tre aksene i et rettvinklet koordinatsystem.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den første strålingskilde-anordning omfatter en infrarød strålingskilde.

7. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den første strålingskilde-anordning omfatter en infrarød strålingskilde i avstand fra hovedstrålingsbanen, og en første strålereflekterende anordning anbrakt i hovedstrålingsbanen for å reflektere målstrålen fra den infra-røde strålingskilde til den sekundære refleksjonsanordning langs hovedstrålingsbanen.

8. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den første strålingskilde-anordning omfatter en stråleavgrensende anordning plassert effektivt i fokalplanet og i hovedstrålingsbanen for å definere målstrålen.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at den stråleavgrensende anordning omfatter en overflate med en åpning, hvilken overflate er hovedsakelig opak, og åpningen er hovedsakelig transparent for den første stråling.

10. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at deteksjonsanordningen omfatter en detektormatrise som er effektivt plassert i hovedstrålingsbanen og reagerer på den andre stråling for å detektere retningen av illumineringsstrålen i forhold til målvektoren.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at detektormatrisen befinner seg i avstand fra hovedstrålingsbanen, og ved at deteksjonsanordningen omfatter en andre strålereflekterende anordning anbrakt i hovedstrålingsbanen for å reflektere illumineringsstrålen fra hovedstrålingsbanen til detektor-matrisen.

12. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at deteksjonsanordningen omfatter en hurtig detektor anbrakt effektivt i hovedstrålingsbanen og koblet til detektormatrisen for å utløse detektor-matrisen som reaksjon på illumineringsstrålen.

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at deteksjonsanordningen omfatter en spredeanordning anbrakt effektivt i hovedstrålingsbanen mellom den sekundære refleksjonsanordning og den hurtige detektor for å spre illumineringsstrålen slik at utløsningen av den hurtige detektor gjøres uavhengig av den nøyaktige posisjon av illumineringsstrålen.

14. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at den hurtige detektoren ligger i avstand fra hovedstrålingsbanen, og ved at deteksjonsanordningen omfatter en tredje strålereflekterende anordning anbrakt i hovedstrålingsbanen for å reflektere illumineringsstrålen fra hovedstrålingsbanen til den hurtige detektor.

15. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at deteksjonsanordningen omfatter en stråledempende anordning anbrakt mellom den sekundære refleksjonsanordning og minst detektormatrisen eller den hurtige detektor for å dempe illumineringsstrålen.

16. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved en intern innrettingsanordning for å rette inn den første strålingskildeanordning med deteksjonsanordningen, idet den interne innrettingsanordningen omfatter en intern innrettings-strålingskilde som er effektivt anbrakt i hovedstrålingsbanen for å generere en intern innrettingsstråle av en tredje stråling som deteksjonsanordningen reagerer på, og for å rette den interne innrettings-stråling hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen sekvensielt til den sekundære refleksjonsanordning og til den primære refleksjonsanordning, samt en retroreflektoranordning anbrakt hoved sakelig i hovedstrålingsbanen for å motta den interne innrettingsstråle fra den primære refleksjonsanordning og reflektere den interne innrettingsstråle sekvensielt til den primære refleksjonsanordning, til den sekundære refleksjonsanordning og hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen til deteksjonsanordningen.

17. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at den første strålingskilde omfatter en stråleavgrensende anordning anbrakt effektivt i fokalplanet og i hovedstrålingsbanen mellom den interne innrettings-strålekilde og den sekundære refleksjonsanordning for å avgrense målstrålen, idet den stråleavgrensende anordning omfatter en overflate med en åpning med en flekk anbrakt i åpningen, hvilken overflate og hvilken flekk er hovedsakelig opake og åpningen bortsett fra flekken, er hovedsakelig transparent for den første og tredje strålingen.

18. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved en intern innrettingsanordning for innretting av strålingskilde-anordningen med deteksjonsanordningen, idet den interne innrettingsanordningen omfatter en intern innrettings-strålingskilde i avstand fra hovedstrålingsbanen for å generere en intern innrettingsstråle av en tredje stråling som deteksjonsanordningen reagerer på, og for å rette den interne innrettingsstråle til den første stråle-refleksjonsanordning, idet den første stråle-refleksjonsanordning reflekterer den interne innrettingsstråle hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen sekvensielt til den sekundære refleksjonsanordning og til den primære refleksjonsanordning, og ved en retroreflektoranordning anbrakt hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen for å motta den interne innrettingsstråle fra den primære refleksjonsanordning og reflektere den interne innrettingsstråle sekvensielt til den primære refleksjonsanordning, til den sekundære refleksjonsanordning og hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen til deteksjonsanordningen.

19. Anordning ifølge krav 18, karakterisert ved at den første strålingskilde omfatter en stråleavgrensende anordning anbrakt effektivt i fokalplanet og i hovedstrålingsbanen mellom den interne innrettings-strålingskilde og den sekundære refleksjonsanordning for å avgrense målstrålen, idet den stråleavgrensende anordning omfatter en overflate som har en åpning med en flekk anbrakt i åpningen, hvilken overflate og flekk er hovedsakelig opake og åpningen bortsett fra flekken, er hovedsakelig transparent for den første og tredje strålingen.

20. Anordning ifølge krav 18, karakterisert ved at anordningen omfatter en fjerde strålerefleksjonsanordning i avstand fra hovedstrålingsbanen og fra den første strålerefleksjonsanordning for å reflektere i alternativ (1) målstrålen fra den første strålingskilde til den første strålerefleksjonsanordning og (2) den interne innrettingsstråle fra den interne innrettings-strålingskilde til den første strålerefleksjonsanordning.

21. Anordning ifølge krav 20, karakterisert ved at den fjerde stråle-ref leks jonsanordning omfatter et bevegelig speil.

22. Fremgangsmåte for statisk og dynamisk testing av innsiktingsgraden til et elektro-optisk system med en siktlinje-sensor som reagerer på en første stråling fra et mål for avføling av målets posisjon av innstilling av retningen av en målvektor slik at den stemmer overens med målets posisjon, og en siktlinje-illuminator for å rette en illumineringsstråle av en andre stråling mot det lokaliserte mål, idet det med innsiktingsgrad menes i hvilken grad målvektoren og illumineringsstrålen har oppnådd et forutbestemt vinkelmessig forhold, karakterisert ved at en målstråle av den første stråling genereres, avgrenset av en åpning i et fokalplan og at målstrålen rettes langs en hovedstrålingsbane hovedsakelig perpendikulært til fokalplanet til en sekundær refleksjonssone, at målstrålen reflekteres ved den sekundære refleksjonssone til en primær refleksjonssone og at målstrålen reflekteres ved den primære refleksjonssone til sensoren i det elektro-optiske system, idet målstrålen får sensoren til å innstille retningen av målvektoren hovedsakelig i overensstemmelse med målstrålen; at illumineringsstrålen reflekteres ved den primære refleksjonssone til den sekundære refleksjonssone, at illumineringsstrålen reflekteres ved den sekundære refleksjonssone til en detektorposisjon i fokalplanet langs hovedstrålingsbanen, og at posisjonene til illumineringsstrålen detekteres i forhold til posisjonen av målvektoren ved detektorposisjonen.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert ved at en intern innrettingsstråle genereres som omfatter et flekk-bilde, og at den interne innrettingsstråle rettes hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen gjennom åpningen sekvensielt til den sekundære refleksjonssone, til den primære refleksjonssone, til en retroreflekterende sone, til den primære refleksjonssone, til den sekundære refleksjonssone og hovedsakelig langs hovedstrålingsbanen til detektorposisjonen; og at posisjonen til flekk-bildet som den interne innrettingsstråle inneholder, detekteres ved detektorposisjonen for å innrette detektoren med målstrålen.