DE69009921T2

DE69009921T2 - Vorrichtung zur automatischen Harmonisierung für ein opto-elektronisches System.

Info

Publication number: DE69009921T2
Application number: DE69009921T
Authority: DE
Inventors: Marc Audion; Christian Pepin; Vincent Vilbois
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2010-09-12
Also published as: DE69009921D1; EP0419320B1; US5054917A; FR2652166A1; EP0419320A1; FR2652166B1; JPH03122517A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Harmonisierung für ein Optroniksystem mit einem Laser und zwei Bildaufnehmern, die in zwei unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitsbereichen arbeiten. Beispielsweise enthält das System einen Laser-Entfernungsmesser, einen Abstandsmesser und eine Verfolgungs- und Identifiziervorrichtung. Diese Vorrichtungen besitzen einen gemeinsamen optischen Pfad, bestehend insbesondere aus Mitteln, um eine gemeinsame Visierlinie zu orientieren. Die Harmonisierung besteht darin, die optischen Achsen dieser drei Vorrichtungen zu überlagern, damit sie eine gemeinsame Visierlinie bilden. Im allgemeinen bleibt eine im Prüffeld des Werks gebildete Harmonisierung nicht über eine längere Betriebsdauer des Systems erhalten. Die Harmonisierung muß während der Betriebsdauer als besondere Betriebsphase erneuert werden können und muß automatisch erfolgen. Außerdem ist es wünschenswert, eine Untereinheit des Systems, insbesondere den Laserentfernungsmesser, austauschen zu können, ohne manuelle Nachregelungen durchführen zu müssen.
Die Erfindung betrifft insbesondere optronische Systeme, in denen der Abstandsmesser und die Verfolgungs- und Identifiziervorrichtung zwei Bildaufnehmer enthalten, die in zwei unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitsbereichen ohne gemeinsame Wellenlänge arbeiten. Beispielsweise enthält der Abstandsmesser einen Bildaufnehmer, der im Wellenlängenbereich von 3 bis 5 Mikrometer oder im Wellenlängenbereich von 8 bis 12 Mikrometer arbeitet, um ein Zielobjekt nach Elevations- und Azimutwinkel zu orten, während die Identifizier- und Verfolgungsvorrichtung einen Bildaufnehmer enthält, der im Wellenlängenbereich von 0,7 bis 0,9 Mikrometer, d.h. im Bereich des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarotlichts arbeitet. In manchen Anwendungen sendet der Laserentfernungsmesser mit einer Wellenlänge, die keiner dieser spektralen Empfindlichkeitsbereich angehört, beispielsweise mit 1,54 Mikrometer.
Das US-Patent 4 155 096 beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen Harmonisierung für ein optronisches System zur Zielbezeichnung mit einem Bildaufnehmer und einem Laser. Der Laser hat eine Wellenlänge von 1,06 Mikrometer, die im spektralen Empfindlichkeitsbereich des Bildaufnehmers liegt, der sich von 0,4 bis 1,1 Mikrometer erstreckt. Diese Harmonisierungsvorrichtung enthält ein Würfe1eck, auf das die Visierlinie während der Harmonisierung ausgerichtet ist. Die Harmonisierung besteht unter anderem darin, den Laser zu zünden. Das Würfeleck reflektiert einen Teil des Laserstrahls zum Bildaufnehmer. Der Laserstrahl bildet also einen Lichtfleck auf dem Bildaufnehmer. Eine Bildverarbeitung führt zur Bestimmung des Abstands zwischen diesem Fleck und dem Zentrum des Bildaufnehmers und zur Bestimmung einer Harmonisierungskorrektur. Diese bekannte Vorrichtung kann nicht verwendet werden, wenn der Laser keine im spektralen Empfindlichkeitsbereich der Bildaufnehmer liegende Wellenlänge besitzt.
Das US-Patent 4 422 758 beschreibt eine Harmonisierungsvorrichtung für ein optronisches System zur Zielbezeichnung mit einem bei 1,06 Mikrometer betriebenen Laser, einem Bildaufnehmer, der im Bereich sichtbaren Lichts empfindlich ist, und mit einem Bildaufnehmer im Bereich der Infrarotstrahlung. Die Harmonisierungsvorrichtung enthält einen Kollimator, auf den die Visierlinie während der Harmonisierung ausgerichtet ist. Ein hitzebeständiges Ziel liegt in der Brennebene des Kollimators. Der Laser wird gezündet und seine Strahlung wird auf das Ziel fokussiert, um einen im sichtbaren und im Infrarotbereich strahlenden heißen Punkt zu erzeugen. Das Bild dieses heißen Punkts wird gleichzeitig von den beiden Bildaufnehmern registriert und führt zur Messung der Harmonisierungsfehler der Laserachse bezüglich der Achsen der beiden Bildaufnehmer. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie eine Fo kussierung eines Strahls erheblicher Energie auf dem hitzebeständigen Ziel erfordert. Die Herstellung eines sehr heißen Punktes ist nicht einfach, wenn der Laser nur eine mittlere oder schwache Energie liefert. Andererseits führt die Verwendung des Lasers zu einem gewissen Energieverbrauch und zu einer gewissen Verringerung der Lebensdauer des Lasers.
Ziel der Erfindung ist es, eine von der Leistung und der Wellenlänge des Lasers unabhängige Harmonisierungsvorrichtung vorzuschlagen. Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die eine Harmonisierung in zwei Schritten erlaubt. Ein erster Schritt erfolgt mit Hilfe einer dem Laser so zugeordneten Quelle, daß sie die gleiche optische Achse besitzen, wobei diese Quelle Licht im spektralen Empfindlichkeitsbereich eines ersten Bildaufnehmers Licht aussendet. Ein zweiter Schritt erfolgt mit Hilfe eines Breitbandkollimators, der in seiner Brennebene ein im Empfindlichkeitsbereich der beiden Bildaufnehmer strahlendes Fadenkreuz besitzt, das gleichzeitig von beiden Bildaufnehmern erfaßt werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur automatischen Harmonisierung für ein optronisches System mit einer einzigen Pupille für einen Laser, mit einem ersten und einem zweiten Bildaufnehmer, die in zwei unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitsbereichen arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:
- eine Quelle kollimatierten Lichts, die dem Laser zugeordnet ist und in der optischen Achse des Lasers mit einer Wellenlänge emittiert, die im spektralen Empfindlichkeitsbereich des ersten Bildaufnehmers liegt,
- optische Mittel, die die Strahlung der dem Laser zugeordneten Quelle reflektieren, um einen Lichtfleck auf dem ersten Bildaufnehmer zu erzeugen,
- einen Breitbandkollimator, der in seiner Brennebene eine Blende mit Löchern aufweist, die ein von einer Quelle beleuchtetes Fadenkreuz bilden, wobei diese Quelle in den beiden spektralen Empfindlichkeitsbereichen emittiert und der Kollimator so angeordnet ist, daß er sowohl vom ersten als auch vom zweiten Bildaufnehmer "gesehen" werden kann, so daß auf beiden Bildaufnehmern je ein Bild des Fadenkreuzes entsteht,
- Mittel zur Messung des Abstands zwischen den Positionen des Bilds des Fadenkreuzes und des von der Quelle gebildeten Lichtflecks auf dem ersten Bildaufnehmer und zur Ableitung einer ersten Harmonisierungskorrektur daraus,
- Mittel zur Messung des Abstands zwischen der Position des Bilds des Fadenkreuzes und einem Bezugspunkt im zweiten Bildaufnehmer und zur Ableitung einer zweiten Harmonisierungskorrektur daraus.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Figuren hervor.
Figur 1 zeigt das Übersichtsschema eines klassischen optronischen Systems mit einem Laserentfernungsmesser, einer Identifizier- und Verfolgungsvorrichtung und einem Abstandsmesser.
Figur 2 zeigt schematisch einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Harmonisierungsvorrichtung.
Die Figuren 3 und 4 zeigen das optronische System aus Figur 1 und ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Harmonisierungsvorrichtung während zweier Harmonisierungsschritte.
Die Figuren 5 und 6 zeigen den Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine Variante dieser Vorrichtung.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Durchlaß- und Reflexionsdiagramme einer dichroitischen Oberfläche in dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figuren 9 und 10 zeigen das System gemäß Figur 1, das mit einer zweiten bzw. dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Harmonisierungsvorrichtung versehen ist.
Figur 11 zeigt Durchlaß- und Reflexionsdiagramme eines dichroitischen Plättchens in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10.
Figur 1 zeigt ein Beispiel eines klassischen Optroniksystems ohne Harmonisierungsvorrichtung, um den Normalbetrieb außerhalb der Harmonisierungsperioden zu erläutern. Dieses System enthält:
- einen Entfernungsmesser (Telemeter) 2, der im wesentlichen einen bei einer Wellenlänge von 1,54 Mikrometer sendenden Laser 12 aufweist,
- einen Abstandmesser 3, der insbesondere einen im Infrarotbereich zwischen 0,7 und 0,9 Mikromeer empfindlichen Bildaufnehmer enthält,
- eine Vorrichtung 4 zur Identifizierung und Verfolgung eines Ziels, die im wesentlichen einen Bildaufnehmer 13 und einen Bildverarbeitungsprozessor 14 enthält.
Der Entfernungsmesser 2, der Abstandmesser 3 und die Vorrichtung 4 besitzen eine gemeinsame Visierlinie LV, die mit Hilfe eines gemeinsamen Zielkopfes ausgerichtet werden kann. Der Zielkopf enthält bewegliche Spiegel 10 und 11, die durch nicht dargestellte Servomechanismen bewegt werden, wobei letztere von vom Bildverarbeitungsprozessor 14 gelieferten Signalen so gesteuert werden, daß ein Ziel verfolgt wird. Die vom system empfangenen Strahlen werden in einem dichroitischen Plättchen 8 getrennt, das die Infrarotstrahlung für den Abstandsmesser 3 durchläßt und das sichtbare Licht für die Vorrichtung 4 reflektiert. Die Infrarotstrahlung wird dann von einem Spiegel 9 abgelenkt und weiter mit einer Sammellinse 15 auf den Bildaufnehmer des Abstandmessers 3 fokussiert. Die sichtbare Strahlung wird dann von einer Sammellinse 7 auf den Bildaufnehmer 13 fokussiert.
Ein dichroitischer Würfel 5 liegt zwischen der Linse 7 und dem Bildaufnehmer 13, um eine Überlagerung der optischen Achse des Laserstrahls des Entfernungsmessers 2 mit der optischen Achse der von der Linse 7 fokussierten sichtbaren Strahlung zu erlauben. Der Strahl des Entfernungsmessers 2 wird von einem Laser 12 geliefert. Er durchläuft eine Streulinse 6, wird dann von der dichroitischen Fläche des dichroitischen Würfels 5 reflektiert, läuft dann durch die Sammellinse 7, wird dann von demselben dichroitischen Plättchen 8 reflektiert und verläuft schließlich durch den Zielkopf 1. Die Streulinse 6 und die Sammellinse 7 bilden ein afokales System, das den Laserstrahl verbreitert und seine Divergenz verringert.
Figur 2 zeigt schematisch einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Harmonisierungsvorrichtung. Dieser Teil enthält einen Breitbandkollimator 20 mit einem katoptrischen System vom Typ Cassegrain bestehend aus zwei sphärischen Spiegeln 24 und 25, mit einer Löcher 23 enthaltenden Blende 22, die ein von einer hinter der Blende 22 liegenden Lampe 21 erleuchtetes Fadenkreuz bilden. Der Mittelpunkt der Blende fluchtet mit der optischen Achse der Spiegel 24 und 25. Es sind vier Löcher 23 je von länglicher Form vorgesehen. Sie bilden ein Kreuz, aber ohne den Schnittpunkt. Die Oberfläche 26 der Blende 22 ist auf der Seite des kartoptrischen Systems mit einem spiegelnden Material bedeckt, wie z.B. dem unter der Marke SCOTCHLITE von der Firma 3M verkauften Lack. Dieser Lack besteht aus Glaskügelchen, die in einem transparenten Binder fixiert sind. Jedes Kügelchen verhält sich wie eine Ecke eines Kubus und reflektiert jeden Lichtstrahl in der Richtung, aus der er kommt.
Die Lampe 21 ist eine Quarz-Jod-Glühlampe, beispielsweise mit einem Filter. Diese Lampe erzeugt sowohl sichtbares Licht als auch Licht im Infrarotbereich. Das Filter kann die Lichtemission im sichtbaren Bereich und die im spektralen Empfindlichkeitsbereich des Bildaufnehmers im Abstandsmesser 3 aneinander angleichen.
Der Kollimator 20 ist fest mit dem optronischen System verbunden. Er liegt außerhalb des Nutzwinkelbereichs des Systems, aber innerhalb des Bereichs, der von der Visierlinie LV erreicht werden kann.
Figur 3 zeigt das gleiche System wie Figur 1 sowie ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese Figur zeigt eine ersten Schritt des Harmonisierungsverfahrens, der darin besteht, die optische Achse des Lasers 12 mit der optischen Achse der Vorrichtung 4 zur Identifizierung und zur Verfolgung in Übereinstimmung zu bringen. Dieses erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält außer dem Kollimator 20 Steuermittel 30 und eine Quelle einer kollimatierten Strahlung, die dem Laser 12 so zugeordnet ist, daß sie dieselbe Achse wie der Laser 12 besitzt. Diese Quelle besteht aus einer Elektrolumineszenzdiode 29, einer Sammellinse 28 und einem dichroitischen Plättchen 27. Der von der Diode 29 ausgehende Lichtstrahl wird durch die Linse 28 zu einem parallelen Lichtstrahl und dann von dem unter 45º zur optischen Achse des Lasers 12 geneigten dichroitischen Plättchen 27 reflektiert. Die Steuermittel 30 besitzen Ausgänge, die mit Eingängen des Zielkopfs 1, der Lampe 21 und der Diode 29 verbunden sind.
Während des ersten Harmonisierungsschritts schalten die Steuermittel 30 nicht die Lampe 21, sondern die Diode 29 ein, so daß eine den Laserstrahl 12 ersetzende Strahlung emittiert wird, deren Wellenlänge im Empfindlichkeitsbereich des Bildaufnehmers 13 liegt. Die von der Diode 29 ausgehenden Strahlen werden von der dichroitischen Oberfläche des Würfels 5 reflektiert, verlaufen dann durch die Linse 7, werden dann von der dichroitischen Oberfläche 8 reflektiert und werden schließlich vom Zielkopf 1 zum Kollimator 20 übertragen.
Die Steuermittel 30 orientieren die Visierlinie LV des Zielkopfs 1 in Richtung auf den Kollimator 20 während der ganzen Harmonisierungsdauer. Während des ersten Harmonisierungsschritts schalten die Mittel 30 nicht die Lampe 21 ein, so daß das von den Löchern 23 gebildete Fadenkreuz keinen Strahl abgibt. Die von der Diode 29 ausgehenden Strahlen werden vom katodioptrischen System 24 und 25 fokussiert und binden einen Lichtfleck auf der Oberfläche 26 der Blende 22. Der die Oberfläche 26 bedeckende Lack reflektiert diese Strahlen dorthin, wo sie herkommen. Sie nehmen denselben Verlauf in umgekehrter Richtung bis zum dichroitischen Würfel 5. Ungefähr 50% der Energie dieser Strahlen wird in Richtung auf den Entfernungsmesser 2 reflektiert und ungefähr 50% der Energie dieser Strahlen wird in Richtung auf den Bildaufnehmer 13 durchgelassen. Für eine solche Verteilung zwischen reflektierter und durchgelassener Energie am dichroitischen Würfel 5 ist es notwendig, daß die dichroitische Oberfläche eine Übergangswellenlänge besitzt, die exakt der Emissionswellenlänge der Diode 29 entspricht. Das dichroitische Plättchen 8 reflektiert insgesamt die von der Diode 29 emittierten Strahlen und die vom Kollimator 20 reflektierten Strahlen, da dessen Übergangswellenlänge in höheren Wellenlängenbereichen als die des von der Diode 29 ausgehenden Lichts liegt.
Die Linse 7 bildet auf dem Bildaufnehmer 13 ein Bild des auf der Blende 22 gebildeten Lichtflecks. Der Prozessor 14 bestimmt und speichert die Lage dieses Bilds. Diese Lage bildet eine Bezugspunkt für den zweiten Harmonisierungsschritt.
Figur 4 zeigt schematisch dasselbe optronische System und das gleiche Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit dem zweiten Harmonisierungsschritt. Die Steuermittel 30 schalten nicht mehr die Elektrolumineszenzdiode 29, sondern die Lampe 21 des Kollimators 20 ein. Die Visierlinie LV des Kopfes 1 bleibt auf den Kollimator 20 ausgerichtet. Die Löcher 23 in der Blende 22 bilden ein leuchtendes Fadenkreuz, das aufgrund des breiten Emissionsspektrums der Glühlampe 21 sowohl im sichtbaren Strahlungsbereich als auch im Infrarotstrahlungsbereich strahlt. Die von dem Fadenkreuz ausgehenden Strahlen werden vom katadioptrischen System 24, 25 und dann vom Zielkopf 1 übertragen und werden schließlich von dem dichroitischen Plättchen 8 in zwei Strahlen getrennt.
Das Plättchen 8 überträgt die Infrarotstrahlen in Richtung auf den Umlenkspiegel 9, während die sichtbaren Strahlen in Richtung auf die Linse 7 reflektiert werden. Die Linse 15 erzeugt also ein Bild des Fadenkreuzes auf dem Bildaufnehmer des Abstandsmessers 3, und die Linse 7 erzeugt ein Bild des Fadenkreuzes auf dem Bildaufnehmer 13. Das dichroitische Plättchen des Würfels 5 läßt die von der Linse 7 kommenden sichtbaren Strahlen vollkommen durch.
Der Abstandsmesser 3 bestimmt die Lage des Bildes des Fadenkreuzes auf seinem Bildaufnehmer bezüglich eines Bezugspunkts dieses Bildaufnehmers. Der Bildverarbeitungsprozessor 14 bestimmt die Lage des Bildes des Fadenkreuzes auf dem Bildaufnehmer 13 und speichert diese Lage. Er bestimmt zwei Koordinaten, die den Abstand zwischen der Lage des Bilds des Fadenkreuzes und der vorher ermittelten Lage des Bildes des Lichtpunkts wiedergeben, der von der Diode 29 auf der Blende 22 erzeugt wurde. Die so vom Abstandsmesser 3 und dem Prozessor 14 bestimmten Abstände erlauben es, eine erste und eine zweite Harmonisierungskorrektur abzuleiten, die dem Harmonisierungsfehler des Abstandsmessers bezüglich des Lasers bzw. dem Harmonisierungsfehler der Vorrichtung 4 bezüglich des Lasers entsprechen.
Eine erste Möglichkeit, diese Korrekturen zu erzeugen, besteht in der Speicherung der Abstände und in deren Subtraktion von den später im Abstandsmesser einerseits und im Prozessor 14 andererseits gebildeten Meßwerten. Eine zweite Korrekturmöglichkeit besteht darin, den in der Vorrichtung 4 festgestellten Abstand durch Veränderung der Orientierung der optischen Achse des Lasers mit Hilfe eines Umlenkspiegels zu annulieren, der auf drei piezoelektrischen Stützen montiert ist. Die Herstellung eines solchen Umlenkspiegels und der Steuerschaltungen für die piezoelektrischen Stützen gehören zum Stand der Technik. In diesem Fall muß nur noch der vom Abstandsmesser 3 festgestellte Abstand korrigiert werden, indem dieser Abstand von den später im Abstandsmesser 3 gebildeten Meßwerten abgezogen wird.
Figur 5 zeigt die Blende 22 von vorn, wenn das von der Elektrolumineszenzdiode 29 ausgehende Licht einen Lichtfleck 27 auf dieser Blende bildet. Der Lichtfleck 27 hat eine Kreisform und eine Oberfläche, die deutlich größer als die der Löcher 23 des Fadenkreuzes ist.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsvariante 22' der Blende 22, die Löcher 23 in Form eines quadratischen Rahmens besitzt, dessen Seitenlängen unterbrochen sind, um die Herstellung dieses Musters beispielsweise durch Fotogravur auf einer Metallplatte zu ermöglichen. Die von der Diode 29 ausgehenden Strahlen bilden eine Lichtfleck 27'.
Die Breite der Löcher 23' muß gering im Verhältnis zum Durchmesser des Lichtflecks 27 oder 27' sein, damit der nicht reflektierende Oberflächenbereich innerhalb des Lichtflecks gering gegenüber der Oberfläche des Lichtflecks ist.
Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Harmonisierung kann in zwei Schritten erfolgen, wie oben dargelegt, oder kann auch durch gleichzeitiges Einschalten der Diode 29 und der Lampe 21 des Kollimators 20 geschehen. Die Bildverarbeitung im Prozessor 14 ist aber dann komplexer, da dieser auf dem Bildaufnehmer 13 das Bild des Lichtflecks 27 von dem des von den Löchern 23 gebildeten und von der Lampe 21 erleuchteten Fadenkreuzes unterscheiden muß. Diese Unterscheidung ist aber durch ein übliches Verfahren zur Formerkennung mittels Korrelation erreichbar, da die Form des Flecks 27 und die der Löcher 23 vorab bekannt sind.
Die Leuchstärke des Bildes des Flecks 27 und die des Bilds des Fadenkreuzes auf dem Bildaufnehmer 13 können unabhängig voneinander durch Einwirken auf die Speisestromstärke der Lampe 21 und die Speisestromstärke der Diode 29 geregelt werden.
Die Veränderung eines bekannten Entfernungsmessers durch Hinzufügen der Quelle einer kollimatierten Strahlung bestehend aus der Diode 29, der Linse 28 und dem dichroitischen Plättchen 27 gehört in den Bereich fachmännischer Maßnahmen, ebenso wie die Regeloperationen für das Plättchen 27, um die Achse des von dieser kollimatierten Quelle stammenden Strahls mit der Ausgangsachse des Lasers in Koinzidenz zu bringen. Diese Regelung kann endgültig im Werk erfolgen. Sie ist ausreichend stabil, um ohne Notwendigkeit einer Nachregelung den Laser und die kollimatierte Quelle austauschen zu können.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Diagramme, aus denen der Betrieb des dichroitischen Würfels 5 in zwei Varianten dieses ersten Ausführungsbeispiels hervorgeht, wobei die Elektrolumineszenzdiode 29 bei einer Wellenlänge von 0,65 Mikrometer oder einer Wellenlänge von 0,9 Mikrometer sendet. In beiden Fällen liegt die Emissionswellenlänge in der Nähe eines der Enden des spektralen Empfindlichkeitsbereichs des Bildaufnehmers 13.
Der dichroitische Würfel 5 muß drei Bedingungen zugleich erfüllen:
- er muß einen Reflexionskoeffizienten nahe 1 für die Laserwellenlänge von 1,54 Mikrometer besitzen;
- er muß einen Transmissionskoeffizienten nahe 1 für den ganzen spektralen Empfindlichkeitsbereich des Bildaufnehmers 13 zwischen 0,7 und 1 Mikrometer in diesem Beispiel besitzen;
- er muß einen Reflexionskoeffizienten und einen Transmissionskoeffizienten nahe 0,5 für die Wellenlänge der Elektrolumineszenzdiode 29 besitzen.
Ein solcher dichroitischer Würfel kann mit Hilfe bekannter Verfahren bestehend aus mehreren dichroitischen Schichten hergestellt werden.
Figur 7 zeigt den Verlauf des Transmissions- und des Reflexionskoeffizienten des Würfels 5 abhängig von der Wellenlänge für die Ausführungsvariante mit einer Diode 29, die bei einer Wellenlänge von 0,65 Mikrometer emittiert. Die beiden Kurven sind zueinander komplementär, da praktisch alle nicht übertragene Energie reflektiert wird. Die Kurve des Transmissionskoeffizienten besitzt eine flachen Verlauf mit dem Wert 1 zwischen 0,7 und 1 Mikrometer, einen Übergang bei 0,65 Mikrometer, d.h. den Wert 0,5 für die Wellenlänge der Diode, und einen Übergang jenseits von 1 Mikrometer entsprechend der Empfindlichkeitsgrenze des Bildaufnehmers 13, wobei dieser Übergang unter der Wellenlänge des Lasers von 1,54 Mikrometer bleibt.
Figur 8 zeigt den Verlauf des Transmissions- und des Reflexionskoeffizienten des Würfels 5 für die Ausführungsvariante mit einer Diode 29, die bei 0,9 Mikrometer emittiert, wobei der Laser wieder die gleiche Wellenlänge von 1,54 Mikrometer besitzt. Die Kurve des Transmissionskoeffizienten enthält einen flachen Bereich des Werts 1 zwischen etwa 0,7 und 0,85 Mikrometer mit einem Übergang bei einer Wellenlänge knapp unter 0,7 Mikrometer, der die erste Grenze der Empfindlichkeit des Bildaufnehmers 13 bildet, und einem Übergang, der durch den Wert 0,5 bei einer Wellenlänge von 0,9 Mikrometer geht, also der Emissionswellenlänge der Diode, die sehr nahe bei der zweiten Grenze des Empfindlichkeitsbereichs des Bildaufnehmers 13 von 1 Mikrometer, aber unterhalb der Wellenlänge des Lasers von 1,54 Mikrometer liegt.
Natürlich ist es möglich, die Lage des Entfernungsmessers 2 und die der Vorrichtung 4 zur Identifizierung und zum Verfolgen zu vertauschen, sofern ein dichroitischer Würfel 5 verwendet wird, bei dem der Verlauf der Transmissions- uni Reflexionskoeffizienten bezüglich der oben beschriebenen Verläufe vertauscht ist.
Die optischen Mittel, die die Strahlung der dem Laser zugeordneten Quelle reflektieren, können anders als durch Kügelchen ausgebildet sein, die die Oberfläche der Blende 22 des Kollimators 20 bedecken. In einem zweiten Ausführungsbeispiel bestehen diese Mittel aus einer metallischen Beschichtung, die einen ebenen Spiegel in der Brennebene des Kollimators bildet. Der Kollimator verhält sich dann wie eine Sammellinse, die einen ebenen Spiegel in ihrer Brennebene besitzt. Er reflektiert einen Lichtstrahl parallel zu sich selbst. In einem dritten Ausführungsbeispiel bestehen diese Mittel aus einem Würfeleck, die neben dem Kollimator 20 im für die Visierlinie LV zugänglichen Winkelbereich liegt. Es ist dann notwendig, daß die Steuermittel 30 die Visierlinie nacheinander in Richtung auf das Würfeleck und in Richtung auf den Kollimator 20 verschieben, um den ersten und dann den zweiten Harmonisierungsschritt durchzuführen.
Figur 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem die optischen Rückstrahlmittel von einem in der Verlängerung des von der Diode 29 ausgesandten kollimatierten Strahls liegenden Eck eines Würfels 26" von der Linse 28 und dem halbtransparenten Plättchen 27 jenseits des dichroitischen Würfels 5 gebildet werden. Der dichroitische Würfel 5 ist derselbe wie im ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Er reflektiert 50% der Strahlungsenergie der Diode in Richtung auf das dichroitische Plättchen 8 ohne jeglichen Nutzen und überträgt 50% zum Würfeleck 26". Die von dem Würfeleck 26" reflektierten Strahlen verlaufen parallel zu den ankommenden Strahlen und gelangen somit wieder auf die dichroitische Oberfläche des Würfels 5. Diese reflektiert 50% der Energie in Richtung auf den Bildaufnehmer 13, wo sie von einer Sammellinse 33 fokussiert wird, und überträgt 50% der Energie in Richtung auf die Diode 29 ohne jeden Nutzen.
Es sei bemerkt, daß die Linsen 6 und 7 entfallen sind, die ein afokales System bildeten. Zwischen dem dichroitischen Plättchen 8 und dem dichroitischen Würfel 5 ist ein afokales System dazugekommen, das von einer Streulinse 21 und einer Sammellinse 32 gebildet wird und die Aufgabe hat, den Laserstrahl zu verbreitern und seine Divergenz zu verringern. Die Sammellinse 33 wurde zwischen dem Würfel 5 und dem Bildaufnehmer 13 eingefügt, um die entweder vom afokalen System 31, 32 oder von der Diode 29 kommenden und von der Linse 28 kollimatierten Lichtstrahlen auf den Bildaufnehmer 13 zu fokussieren.
In Figur 9 wurden die vom Fadenkreuz des Kollimators 20 stammenden Strahlen zugleich mit den von der Diode 29 kommenden Strahlen dargestellt, was dem Fall entspricht, daß die beiden Harmonisierungsschritte gleichzeitig ablaufen. Die von dem Fadenkreuz kommenden Strahlen sind mit einfachem Pfeil und die von der Diode 29 kommenden Strahlen sind mit Doppelpfeil markiert.
Figur 10 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich für ein optronisches System ähnlich dem oben beschriebenen eignet, aber in dem der Laser ein sogenannter Raman-Effekt-Laser ist. Dieser Raman-Effekt-Laser enthält einen Anregungslaser 40 vom Typ YAG, der bei einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometer emittiert, und eine Raman-Effekt-Zelle 42, die die Energie des Anregungslasers in eine Laserstrahlung einer Wellenlänge von 1,54 Mikrometer umwandelt. Ein Umlenkspiegel 41 liegt zwischen dem Laser 40 und der Zelle 42. Eine Filtervorrichtung ist zwischen die Zelle 42 und den Ausgang des Entfernungsmessers 2 eingefügt. Diese Filtervorrichtung besteht aus einem Absorber 44 und einer unter 45º bezüglich der optischen Achse des aus der Zelle 42 kommenden Lichtstrahls geneigten dichroitischen Plättchen 43, um die Strahlung der Wellenlänge von 1,06 Mikrometer zum Absorber 44 abzuleiten. In einem klassischen Entfernungsmesser eliminiert diese Filtervorrichtung die Strahlungen der Wellenlänge von 1,06 Mikrometer vollständig.
Zur Bildung einer Quelle kollimatierter Strahlung, die in der optischen Achse des Ausgangs des Laserentfernungsmessers emittiert, kann man ggf. die Filtervorrichtung so verändern, daß aus dem Entfernungsmesser ein Teil der Strahlung mit der Wellenlänge von 1,06 Mikrometer austritt, was den Verzicht auf die oben beschriebene Vorrichtung bestehend aus einer Elektrolumineszenzdiode 29, einer Sammellinse 28 und einem dichroitischen Plättchen 27 ermöglicht. Dagegen ist als Nachteil dieser Variante festzuhalten, daß sie den Betrieb des Laserentfernungsmessers während der Harmonisierung des Systems erfordert.
Die Wellenlänge von 1,06 Mikrometer kann für die Augen gefährlich sein, während die Wellenlänge von 1,54 Mikrometer nicht gefährlich ist. In der Praxis ist die Energie der für die Harmonisierung erforderlichen Strahlung deutlich geringer als die höchste für die Augen ohne Gefahr erträgliche Lichtstärke. Außerdem ist es immer möglich, ein Sperrfilter für die Wellenlänge von 1,06 Mikrometer vorzusehen, das zwischen den dichroitischen Würfel 5 und den Zielkopf 1 eingefügt ist.
Dieses dritte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß eine Elektrolumineszenzdiode 29, eine Sammellinse 28 und ein dichroitisches Plättchen 27 entfallen können. Dies erfordert nur eine geringfügige Veränderung des Ausgangsfilters, damit ein Teil der Strahlung bei der Wellenlänge von 1,06 Mikrometer austreten kann. Der dichroitische Würfel 5 wird durch einen dichroitischen Würfel 5' ersetzt der sich geringfügig vom Würfel 5 des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet.
Figur 11 zeigt den Verlauf des Transmissions- und des Reflexionskoeffizienten des dichroitischen Würfels 5' abhängig von der Wellenlänge für dieses dritte Ausführungsbeispiel. Die Kurve für den Transmissionskoeffizienten besitzt einen Flachbereich des Werts 1 zwischen den Wellenlängen von 0,7 Mikrometer und 1 Mikrometer, wobei der Durchgang durch den Wert 0,5 bei 1,06 Mikrometer liegt, also der Wellenlänge, die vom Anregungslaser emittiert wird. Die Wellenlänge von 1,54 Mikrometer, bei der die Raman-Effekt-Zelle emittiert, fällt in einen Bereich, in dem der Transmissionskoeffizient Null ist und in dem der Reflexionskoeffizient gleich 1 ist. Die Herstellung eines solchen dichroitischen Würfels liegt im Bereich fachmännischer Maßnahmen.
Diese Ausführungsform der kollimatierten Strahlungsquelle in Verbindung mit dem Laser ist mit den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der reflektierenden Mittel vereinbar, die Glaskügelchen auf der Blende 22 oder ein Würfeleck in der Nähe des Kollimators 20 enthalten.

Claims

1. Vorrichtung zur automatischen Harmonisierung für ein optronisches System mit einer einzigen Pupille für einen Laser und mit einem ersten und einem zweiten Bildaufnehmer (13, 3), die in zwei unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitsbe reichen arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:

- eine Quelle (27 bis 29; 40) kollimatierten Lichts, die dem Laser (12, 42) zugeordnet ist und in der optischen Achse des Lasers mit einer Wellenlänge emittiert, die im spektralen Empfindlichkeitsbereich des ersten Bildaufnehmers (13) liegt,

- optische Mittel (26; 26'; 26"), die die Strahlung der dem Laser zugeordneten Quelle (27 bis 29) reflektieren, um einen Lichtfleck auf dem ersten Bildaufnehmer (13) zu erzeugen,

- einen Breitbandkollimator (20), der in seiner Brennebene eine Blende mit Löchern (23) aufweist, die ein von einer Quelle (21) beleuchtetes Fadenkreuz bilden, wobei diese Quelle in den beiden spektralen Empfindlichkeitsbereichen emittiert und der Kollimator (20) so angeordnet ist, daß er sowohl vom ersten als auch vom zweiten Bildaufnehmer (13, 3) gesehen werden kann, so daß auf beiden Bildaufnehmern je ein Bild des Fadenkreuzes entsteht,

- Mittel (14) zur Messung des Abstands zwischen den Positionen des Bilds des Fadenkreuzes (23) und des von der Quelle (27 bis 29) gebildeten Lichtflecks auf dem ersten Bildaufnehmer und zur Ableitung einer ersten Harmonisierungskorrektur daraus,

- Mittel (3) zur Messung des Abstands zwischen der Position des Bilds des Fadenkreuzes (23) und einem Bezugspunkt im zweiten Bildaufnehmer (3) und zur Ableitung einer zweiten Harmonisierungskorrektur daraus.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für ein optronisches System, in dem ein optischer Kanal für den Laser (12) und ein optischer Kanal für den ersten Bildaufnehmer (13) mit Hilfe einer dichroitischen Vorrichtung voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die dichroitische Vorrichtung (5; 5') einen Transmissionskoeffizienten und einen Reflexionskoeffizienten in der Nähe von 0,5 für die Wellenlänge der dem Laser (12, 42) zugeordneten Quelle (27 bis 29; 40) besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch reflektierenden Mittel eine Schicht von Glaskügelchen aufweisen, die die in der fokalen Ebene des Kollimators (20) liegende Oberfläche (26) der Blende (22) bedeckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch reflektierenden Mittel aus einem Würfeleck bestehen, das in der Nähe des Kollimators (20) liegt, wobei das Würfeleck und der Kollimator so angeordnet sind, daß sie in zwei für die Visier1inie (LV) des optronischen Systems nacheinander zugänglichen Richtungen liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Mittel ein Würfeleck (26") aufweisen, das sich in der Verlängerung des Ausgangs des Lasers (12) jenseits der dichroitischen Vorrichtung (5; 5') befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Laser (12) zugeordnete Quelle eine Elektrolumineszenzdiode (29), ein halbtransparentes Plättchen (27) und eine Kollimationsvorrichtung (28) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, für ein System, bei dem der Laser ein Raman-Effekt-Laser ist, mit einer Raman-Effekt-Zelle (42), einem Anregungslaser (40), der bei einer anderen Wellenlänge als der Emissionswellenlänge aufgrund des Raman-Effekts emittiert, wobei diese andere Wellenlänge dem Empfindlichkeitsbereich des ersten Bildaufnehmers (13) angehört, und mit einer Filtervorrichtung (43, 44), die am Ausgang des Raman- Effekt-Lasers die Strahlung des Anregungslasers (40) eliminieren soll, dadurch gekennzeichnete daß die dem Raman-Effekt- Laser (40 bis 42) zugeordnete Quelle aus dem Anregungslaser (40) besteht und daß die Filtervorrichtung (43, 44) einen solchen Dämpfungswert hat, daß ein Teil der Strahlung des Anregungslasers (40) durchgelassen wird, der ausreicht, um ein vom ersten Bildempfänger (13) nach Reflexion an den reflektierenden Mitteln (26") erfaßbares Bild zu formen.