<EMI ID=1.1>
Procédé d'harmonisation entre l'axe d'une lunette de visée
et celui d'une caméra thermique.
PROCEDE D'HARMONISATION ENTRE L'AXE D'UNE LUNETTE DE VISEE ETCELUI D'UNE CAMERA THERMIQUE.
L'invention concerne un procédé d'harmonisation entre l'axe d'une lunette de visée comportant un objectif, un premier réticule et un oculaire et celui d'une caméra thermique comportant un objectif infra-rouge, un système de balayage optico-mécanique, un détecteur infra-rouge et un système de visualisation des signaux électriques délivrés par ledit détecteur.
Ce système est destiné au tir de nuit. Il s'applique particulièrement au cas où la caméra thermique possède plusieurs champs dans lesquels l'harmonisation est requise.
Le procédé de l'invention a pour but d'assurer le contrôle permanent de l'harmonisation avant et pendant le tir entre les axes de la lunette de visée et de la caméra thermique. Il permet de plus une harmonisation automatique entre ladite lunette et ladite caméra sans nécessiter une fixation mécanique rigide entre les deux appareils.
Conformément à l'invention, ladite lunette de visée est aussi un collimateur d'harmonisation qui projette dans la caméra thermique un faisceau de longueur d'onde extérieure au spectre visible, issu d'un second réticule après réflexions successives sur les faces d'un trièdre trirectangle assurant le parallélisme rigoureux du faisceau incident suivant l'axe optique de la lunette et du faisceau émergent suivant l'axe optique de la caméra, ladite longueur d'onde étant environ cinq fois plus courte que la longueur d'onde moyenne de la bande principale de la caméra pour obtenir une résolution du réticule projeté comparable à la résolution limite de la caméra dans ladite bande avec un faisceau utile égal au cinquième du diamètre de l'optique infra-rouge.
Ledit second réticule du collimateur d'harmonisation est éclairé par une source émettant un rayonnement à ladite longueur d'onde extérieure au spectre visible et disposé à l'intérieur de la lunette de visée, symétrique dudit premier
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optique de la lunette entre l'objectif et le premier réticule, transparente pour le visible et réfléchissant le faisceau infra-rouge issu de ladite source.
Ledit trièdre trirectangle est constitué par une première lame à faces parallèles disposée à l'avant dudit ob-
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dièdre disposé à l'avant dudit objectif de la lunette et comportant un miroir plan et une seconde lame à faces parallèles sur la face arrière de laquelle se trouve déposé un filtre pour arrêter le rayonnement dudit collimateur vers l'extérieur, l'arête dudit dièdre étant perpendiculaire au plan de ladite première lame à faces parallèles, lesdits miroir plan et lames à faces parallèles étant réalisés en un matériau réfléchissant pour ladite longueur d'onde extérieure au spectre visible et le tout formant un ensemble indéformable dans toutes les conditions d'environnement.
Dans une première variante du procédé d'harmonisation, ledit système de visualisation des signaux électriques délivrés par le détecteur est constitué par un ensemble électronique de traitement desdits signaux relié à un tube cathodique extérieur sur lequel la cible et ledit second détecteur sont visualisés, ou à un tube cathodique intérieur dont l'image est réinjectée dans la lunette de visée au moyen d'un collimateur et d'un autre trièdre composé d'une troisième lame à faces parallèles et dudit dièdre.
Dans une seconde variante, ledit système de visualisation des signaux électriques délivrés par le détecteur est obtenu au moyen de diodes électroluminescentes disposées symétriquement des détecteurs par rapport à une lame dichroïque et alimentées par un dispositif électronique d'amplification des signaux électriques émis par le détecteur et d'alimentation desdites diodes. Le rayonnement visible émis par les diodes électroluminescentes traverse le dispositif de balayage optico mécanique en sens inverse du rayonnement infra-rouge incident et est réinjecté dans la lunette de visée au moyen d'un collimateur et d'un autre trièdre composé d'une troisième lame à faces parallèles et dudit trièdre.
La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 montre le schéma de principe d'une première variante du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention (en deux projections) . La figure 2 montre le schéma de principe d'une seconde variante du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention (en deux projections). La figure 3 représente une variante de la lunette de visée avec deux réticules projetés l'un pour le visible et l'autre pour l'infra-rouge.
Sur le schéma de principe de la figure 1, une lunette de visée 1 a son axe de visée 2 défini par le centre de l'objectif 3 et le réticule de visée 4. Un deuxième réticule 5 est symétrique du réticule 4 dans la lame dichroïque 6. Il est éclairé par une source 7.
La caméra thermique 8 comprend un objectif infrarouge 9, un système de balayage 10, un détecteur infra-rouge
11, un ensemble électronique 12 de traitement des signaux qui attaque un tube cathodique 13 dont l'écran est au foyer d'un collimateur 14.
Le dispositif d'harmonisation comprend le trièdre trirectangle de sommet 15 constitué par la lame plane parallèle 16 et le dièdre dont l'arête est 17, qui est formé par une lame à faces parallèles 18 et un miroir plan 19.L'ensemble 16,
18, 19 doit être indéformable dans toutes les conditions d'environnement. C'est de sa stabilité que dépend la qualité de l'harmonisation. La propriété optique d'un trièdre trirectangle parfait est que la direction du faisceau réfléchi est exactement parallèle à la direction du faisceau incident indépendamment de la direction du faisceau par rapport au trièdre.
Selon l'invention, la lunette de visée 1 est aussi un collimateur d'harmonisation dont l'axe est confondu avec l'axe 2 de la lunette de visée. Ce collimateur projette à l'infini l'image du réticule 5 qui est par construction symétrique du réticule visible 4 dans la lame séparatrice 6.
La longueur d'onde d'émission est extérieure au spectre visible de manière à pouvoir arrêter au moyen d'un filtre déposé sur la lame parallèle 18 le rayonnement de ce collimateur vers l'extérieur. On choisit de préférence une longueur d'onde inférieure à celle de la coupure du verre d'optique pour que l'objectif 3 de la lunette de visée n'utilise pas de matériaux spéciaux ; il faut d'autre part que la longueur d'onde du collimateur traverse les optiques IR et en particulier le germanium. La longueur d'onde du collimateur peut donc se situer entre 2 et 2,5 u environ.
Le faisceau émis par le collimateur définit donc la direction de visée de la lunette 1. Après réflexion sur les trois miroirs 18, 19, 16 du trièdre trirectangle de sommet 15, le faisceau pénètre dans la caméra thermique 8 par le centre de l'optique d'entrée 9. Ce faisceau est alors parallèle à l'axe 2 de la lunette de visée. La caméra thermique voit la cible à travers la lame parallèle 16 ainsi que l'image du réticule 5 qui se superpose à la scène et qui définit la direction de la ligne de visée 2. Un filtre déposé sur la face extérieure de la lame 16 limite la bande spectrale de l'ensemble
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L'image reçue par la caméra thermique peut être dirigée après traitement dans l'électronique 12 soit sur un tube cathodique extérieur 20 sur lequel on voit la cible et le réticule définissant la ligne de visée, soit sur un tube cathodique intérieur 13 dont l'image peut être réinjectée dans la lunette de visée 1 au moyen du collimateur 14 et du trièdre de sommet 21 composé de la lame à faces parallèles 22 et du même dièdre 18,
19 que précédemment. L'observateur 23 voit alors par l'oculaire 24 de la lunette de visée l'image de la cible et l'image du réticule 5 vus par la caméra thermique.
L'image du réticule 5 n'est pas obligatoirement superposée au réticule 4. Sa position dépend de l'orientation de l'ensemble de la caméra thermique 8 mais cela n'affecte en rien la précision du pointé car l'image du réticule 5 indique toujours la direction de visée.
La caméra thermique doit être sensible à la longueur d'onde du collimateur soit entre 2 et 2,5 um par exemple en plus de sa bande principale de sensibilité qui correspond à
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Le collimateur, dont la longueur d'onde est environ 5 fois plus courte que la longueur d'onde moyenne de la bande principale de la caméra thermique, permet d'avoir une résolution du réticule projeté comparable à la résolution li-
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le égal au cinquième du diamètre de l'optique infra-rouge 9 ; en effet la limite angulaire de la diffraction à 2 um est 5 fois plus petite qu'à 10 um.
Les bandes spectrales des différents composants
sont les suivantes :
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La figure 2 représente une variante dans laquelle la visualisation de la caméra thermique est obtenue au moyen de diodes électroluminescentes 25 qui sont disposées symétriquement des détecteurs 11 par rapport à une lame dichroïque
26. L'électronique 12 amplifie les signaux délivrés par les détecteurs 11 et alimente les diodes électroluminescentes 25.
L'analyseur optico-mécanique 10 est traversé deux fois par le rayonnement IR à 8-12 u à l'analyse et par le rayonnement visible émis par les diodes électroluminescentes à la visualisation. L'image restituée par les diodes est exactement superposée à l'image infra-rouge de l'objectif 9. Le collimateur 14 projette cette image restituée à l'infini.
La lame dichroïque 27 est identique à la lame 26
- elle réfléchit l'infra-rouge et la bande 2 à 2,5 p et transmet le visible. La figure 3 représente une variante de la lunette de visée 1 avec deux réticules projetés 4 pour le visible et 5 <EMI ID=8.1>
de façon à n'avoir qu'un seul réticule visible dans le champ de la lunette de visée. En fonctionnement de jour, on éclaire le réticule 4 tandis qu'en fonctionnement de nuit avec la caméra thermique, on éclaire le réticule 5.
Le résidu de chromatisme longitudinal entre les
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compensé par construction de la lunette de visée en décalant axialement le réticule 5. Le collimateur n'est plus alors exactement focalisé à l'infini pour compenser le chromatisme. La précision de ce procédé d'harmonisation n'est pas altérée par cette correction.
REVENDICATIONS :
1. Procédé d'harmonisation entre l'axe d'une lunette
de visée comportant un objectif, un premier réticule et un oculaire et celui d'une caméra thermique possédant plusieurs champs, et comportant un objectif infra-rouge, un système de balayage optico-mécanique, un détecteur infra-rouge et un système de visualisation des signaux électriques délivrés par ledit détecteur, caractérisé en ce que ladite lunette de visée
est aussi un collimateur d'harmonisation qui projette dans la caméra thermique un faisceau, de longueur d'onde extérieure au spectre visible, issu d'un second réticule après réflexions successives sur les faces d'un trièdre trirectangle assurant
le parallélisme rigoureux du faisceau incident suivant l'axe optique de la lunette et du faisceau émergent suivant l'axe optique de la caméra, ladite longueur d'onde étant environ
cinq fois plus courte que la longueur d'onde moyenne de la
bande principale de la caméra pour obtenir une résolution du réticule projeté comparable à la résolution limite de la caméra dans ladite bande avec un faisceau utile égal au cinquième
du diamètre de l'optique infra-rouge.
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Method of harmonization between the axis of a telescopic sight
and that of a thermal camera.
METHOD OF HARMONIZATION BETWEEN THE AXIS OF A SIGHT GLASS AND THAT OF A THERMAL CAMERA.
The invention relates to a method of harmonization between the axis of a telescopic sight comprising a lens, a first reticle and an eyepiece and that of a thermal camera comprising an infrared objective, an optico-mechanical scanning system. , an infrared detector and a system for displaying the electrical signals delivered by said detector.
This system is intended for night shooting. It is particularly applicable to the case where the thermal imaging camera has several fields in which harmonization is required.
The purpose of the method of the invention is to ensure permanent control of the harmonization before and during the shooting between the axes of the telescopic sight and of the thermal camera. It also allows automatic harmonization between said telescope and said camera without requiring a rigid mechanical attachment between the two devices.
According to the invention, said telescopic sight is also a harmonization collimator which projects into the thermal camera a beam of wavelength outside the visible spectrum, coming from a second reticle after successive reflections on the faces of a trirectangle trihedron ensuring rigorous parallelism of the incident beam along the optical axis of the telescope and the emerging beam along the optical axis of the camera, said wavelength being approximately five times shorter than the average wavelength of the main band of the camera to obtain a resolution of the projected reticle comparable to the limit resolution of the camera in said band with a useful beam equal to one fifth of the diameter of the infrared optics.
Said second reticle of the harmonization collimator is illuminated by a source emitting radiation at said wavelength outside the visible spectrum and arranged inside the telescopic sight, symmetrical with said first
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optical of the telescope between the objective and the first reticle, transparent for the visible and reflecting the infrared beam from said source.
Said triangular trihedron is constituted by a first blade with parallel faces disposed at the front of said ob-
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dihedral disposed at the front of said lens of the telescope and comprising a plane mirror and a second blade with parallel faces on the rear face of which is deposited a filter to stop the radiation of said collimator towards the outside, the edge of said dihedron being perpendicular to the plane of said first blade with parallel faces, said plane mirror and blades with parallel faces being made of a material reflecting for said wavelength outside the visible spectrum and the whole forming a non-deformable assembly in all environmental conditions .
In a first variant of the harmonization method, said system for displaying the electrical signals delivered by the detector consists of an electronic assembly for processing said signals connected to an external cathode ray tube on which the target and said second detector are displayed, or to an internal cathode ray tube, the image of which is reinjected into the telescopic sight by means of a collimator and another trihedron composed of a third blade with parallel faces and of said dihedron.
In a second variant, said system for displaying the electrical signals delivered by the detector is obtained by means of light-emitting diodes arranged symmetrically with the detectors with respect to a dichroic plate and supplied by an electronic device for amplifying the electrical signals emitted by the detector and supplying said diodes. The visible radiation emitted by the light-emitting diodes crosses the optico-mechanical scanning device in the opposite direction to the incident infrared radiation and is reinjected into the telescopic sight by means of a collimator and another trihedron composed of a third blade with parallel faces and said trihedron.
The following description with reference to the accompanying drawings, all given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Figure 1 shows the block diagram of a first variant of the device for implementing the method according to the invention (in two projections). Figure 2 shows the block diagram of a second variant of the device for implementing the method according to the invention (in two projections). FIG. 3 represents a variant of the telescopic sight with two reticles projected one for the visible and the other for the infrared.
In the block diagram of FIG. 1, a telescopic sight 1 has its sight axis 2 defined by the center of the objective 3 and the sight crosshair 4. A second crosshair 5 is symmetrical with the crosshair 4 in the dichroic blade 6. It is lit by a source 7.
The thermal camera 8 includes an infrared lens 9, a scanning system 10, an infrared detector
11, an electronic assembly 12 for processing signals which attacks a cathode ray tube 13 the screen of which is at the focus of a collimator 14.
The harmonization device comprises the trirectangle trihedron of vertex 15 constituted by the parallel flat blade 16 and the dihedron whose edge is 17, which is formed by a blade with parallel faces 18 and a plane mirror 19. The assembly 16,
18, 19 must be non-deformable in all environmental conditions. The quality of the harmonization depends on its stability. The optical property of a perfect trirectangle trihedron is that the direction of the reflected beam is exactly parallel to the direction of the incident beam regardless of the direction of the beam relative to the trihedron.
According to the invention, the telescopic sight 1 is also a harmonization collimator whose axis coincides with the axis 2 of the telescopic sight. This collimator projects infinitely the image of the reticle 5 which is by symmetrical construction of the visible reticle 4 in the separating plate 6.
The emission wavelength is outside the visible spectrum so as to be able to stop by means of a filter deposited on the parallel plate 18 the radiation from this collimator towards the outside. Preferably, a wavelength shorter than that of the cut of the optical glass is chosen so that the objective 3 of the telescopic sight does not use special materials; on the other hand, the wavelength of the collimator must pass through the IR optics and in particular the germanium. The wavelength of the collimator can therefore be between 2 and 2.5 u approximately.
The beam emitted by the collimator therefore defines the direction of sight of the telescope 1. After reflection on the three mirrors 18, 19, 16 of the vertex trihedron 15, the beam enters the thermal camera 8 through the center of the optics input 9. This beam is then parallel to the axis 2 of the telescopic sight. The thermal camera sees the target through the parallel blade 16 as well as the image of the reticle 5 which is superimposed on the scene and which defines the direction of the line of sight 2. A filter deposited on the outer face of the blade 16 limits the spectral band of the whole
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The image received by the thermal camera can be directed after processing in the electronics 12 either on an external cathode ray tube 20 on which we see the target and the reticle defining the line of sight, or on an interior cathode ray tube 13 whose image can be reinjected into the telescopic sight 1 by means of the collimator 14 and the apex trihedron 21 composed of the blade with parallel faces 22 and of the same dihedron 18,
19 than before. The observer 23 then sees through the eyepiece 24 of the telescopic sight the image of the target and the image of the reticle 5 seen by the thermal camera.
The image of the reticle 5 is not necessarily superimposed on the reticle 4. Its position depends on the orientation of the assembly of the thermal camera 8 but this does not in any way affect the accuracy of the pointing since the image of the reticle 5 always indicates the viewing direction.
The thermal imaging camera must be sensitive to the wavelength of the collimator, ie between 2 and 2.5 μm for example in addition to its main sensitivity band which corresponds to
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The collimator, whose wavelength is approximately 5 times shorter than the average wavelength of the main band of the thermal camera, makes it possible to have a resolution of the projected reticle comparable to the resolution l-
<EMI ID = 6.1>
equal to one fifth of the diameter of the infrared optics 9; indeed the angular limit of the diffraction at 2 µm is 5 times smaller than at 10 µm.
The spectral bands of the different components
are the following :
<EMI ID = 7.1>
FIG. 2 represents a variant in which the visualization of the thermal camera is obtained by means of light-emitting diodes 25 which are arranged symmetrically with the detectors 11 with respect to a dichroic plate
26. The electronics 12 amplify the signals delivered by the detectors 11 and supply the light-emitting diodes 25.
The optico-mechanical analyzer 10 is crossed twice by the IR radiation at 8-12 u at the analysis and by the visible radiation emitted by the light-emitting diodes at the display. The image restored by the diodes is exactly superimposed on the infrared image of the objective 9. The collimator 14 projects this restored image at infinity.
Dichroic blade 27 is identical to blade 26
- it reflects the infrared and the band 2 at 2.5 p and transmits the visible. FIG. 3 represents a variant of the telescopic sight 1 with two reticles projected 4 for the visible and 5 <EMI ID = 8.1>
so as to have only one visible reticle in the field of the telescopic sight. In daytime operation, the reticle 4 is illuminated while in nighttime operation with the thermal camera, the reticle 5 is lit.
The residue of longitudinal chromatism between the
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compensated by construction of the telescopic sight by axially shifting the reticle 5. The collimator is then no longer exactly focused at infinity to compensate for the chromaticism. The accuracy of this harmonization process is not affected by this correction.
CLAIMS:
1. Harmonization process between the axis of a telescope
aiming device comprising a lens, a first reticle and an eyepiece and that of a thermal camera having several fields, and comprising an infrared objective, an optico-mechanical scanning system, an infrared detector and a system for viewing the electrical signals delivered by said detector, characterized in that said telescopic sight
is also a harmonization collimator which projects a beam, of wavelength outside the visible spectrum, into the thermal camera, coming from a second reticle after successive reflections on the faces of a trirectangle trihedron ensuring
the rigorous parallelism of the incident beam along the optical axis of the telescope and the emerging beam along the optical axis of the camera, said wavelength being approximately
five times shorter than the average wavelength of the
main band of the camera to obtain a resolution of the projected reticle comparable to the limit resolution of the camera in said band with a useful beam equal to one fifth
of the diameter of the infrared optics.