EP0100124A1 - Système optique d'autodirecteur à imagerie - Google Patents

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EP0100124A1
EP0100124A1 EP83201067A EP83201067A EP0100124A1 EP 0100124 A1 EP0100124 A1 EP 0100124A1 EP 83201067 A EP83201067 A EP 83201067A EP 83201067 A EP83201067 A EP 83201067A EP 0100124 A1 EP0100124 A1 EP 0100124A1
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EP
European Patent Office
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optical
axis
detectors
missile
seeker
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Withdrawn
Application number
EP83201067A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fernand René Loy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2213—Homing guidance systems maintaining the axis of an orientable seeking head pointed at the target, e.g. target seeking gyro
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target

Definitions

  • the invention relates to an optical seeker optical system comprising an optical field scanning device mounted on a gimbal mount secured to the missile gyroscope and a system for detecting the image of the optical device constituted by a cart of detectors.
  • Optical seeker optical systems are known in which the analysis of the scene is obtained by means of a circular scan.
  • the rotation of an optical element such as a dihedral or a Péchan prism produces the rotation of the image of the scene relative to a strip of detectors (see for example French patent n ° 2 481 794 ).
  • the object of the invention is to propose a system which makes it possible to separate the detectors from the gyroscope.
  • the optical system of seeker imaging according to the present invention is remarkable in that said strip of detectors is arranged outside the gyroscope, mounted perpendicular to the axis of the missile, kept fixed relative to the; structure of the missile and coupled to one end of a flexible bundle of arranged optical fibers, the other end of which is arranged in the focal plane of the optical scanning device and integral with said device.
  • An embodiment of the coupling of said array of detectors to said end of the bundle of optical fibers is obtained by means of an image transport device, integral with the structure of the missile and forming the image of said strip on said end of the bundle of optical fibers, so that an optical fiber corresponds to a detector.
  • a variant of this embodiment consists in bringing each fiber end directly into contact with the surface of the detector which corresponds to it. In this case, the image transport device is eliminated.
  • FIG. 1 relates to an embodiment of the invention with an optical device for circular scanning of the field integral with a gyroscope not shown in the figure and the center of the gimbals not shown 3 being at the intersection of the axis 1 of the missile and axis 2 of the optical device.
  • This device comprises a converging dioptric or catadioptric optic produced for example in the form of a miroifceoncave 4 fixed relative to the axis 2 and a right dihedral 5 whose edge is perpendicular to the axis 2, the faces of which are also inclined on this axis and which turns only around this axis.
  • the figure is a sectional view through the plane of symmetry perpendicular to the edge of this dihedral.
  • a strip of detectors 6 is mounted in a Dewar vessel 7 cooled by a cryogenic system 8.
  • the output wires of the detectors exit at 9 through the Dewar vessel.
  • the detectors are placed outside the gyroscope and kept fixed relative to the structure of the missile.
  • the detector array is perpendicular to the axis of the missile.
  • An image transport device 10 having the optical axis of the missile axis forms the image of the array of detectors on the end 12 of a bundle of optical fibers so that each detector corresponds: a single fiber.
  • the fibers are arranged so as to obtain at the end 13 of the bundle a suitable arrangement. Everything happens as if the array of detectors 6 was positioned at the end 13 of the beam.
  • optical fibers are bonded together at the two ends 12 and 13 over a length of a few millimeters and are independent for the rest of the bundle so as to obtain a very flexible bundle 11 whose restoring torque is negligible.
  • the end 12 is mounted integral with the image transport device 10 and the Dewar 7 while the end 13 is mounted integral with the optics itself integral with the gyroscope.
  • the small size of the end 13 of the fiber bundle makes it possible to position the dihedral 5 at a very short distance from the focal point of the optical scanning device. Lehedron 5 can therefore be very small. As a result, the central concealment of the concave mirror 4 is much lower than if the detector was located directly at the focus of this mirror and a significant reduction in the mass of the rotating dihedral 5 leading to a simpler resolution of the balancing problems.
  • the rotation of the dihedral can be obtained either by linking the dihedral to the gyroscope router or by driving it by means of a small auxiliary motor.
  • Image transport by means of a bundle of flexible fibers is currently achievable in the visible and near infrared spectrum by means of conventional optical fibers made of plastic, or glass, or silica.
  • optical fibers made of plastic, or glass, or silica.
  • a rotating dihedron is used for the circular analysis of the scene.
  • We could just as easily use another type of optical element to perform the same function such as a Pechan prism or a cylindrical afocal system, these examples not being limiting.
  • each detector of the strip 6 scans a circular band such as the band ⁇ i , when the corresponding end of fiber of the end 13 is located on the axis 2.
  • FIG. 3 schematically represents the coupling between the fiber bundle 11 and the array of detectors 6 in the case where this coupling is carried out by means of an image transport device.
  • the end 13 of the fiber bundle situated in the focal plane of the optical scanning device receives flux coming from the scene at a certain solid angle w i .
  • This flow goes out of a fiber f i at the end 12 of the beam inside a solid angle ⁇ ' i greater than ⁇ i .
  • the optics 10 must be able to collect all the flux, therefore have an opening at least equal to ⁇ i .
  • the image ⁇ i of the end of the fiber f i must be entirely contained in the sensitive surface s. of the corresponding detector so that there is no loss of flux.
  • the magnification of the optics 10 can be arbitrary. It will be adapted to the dimensions of the fibers and detectors. To fix an order of magnitude, we can for example use detectors of 50pm x 50pm and fibers with a diameter of 50 ⁇ m with a magnification equal to unity. A bundle of 30 fibers associated with a strip of 30 detectors is very flexible.
  • the conjugation of the detectors with the end 12 of the beam is easy when an appropriate tool is available.
  • An alternative coupling between the detector and the fiber consists in bringing the fiber into contact with the surface of the detector. In this case, the image transport device 10 is eliminated.

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Abstract

Système optique d'autodirecteur à imagerie comportant un dispositif optique de balayage du champ (4,5) monté sur une monture à cardan solidaire du gyroscope du missile et un système de détection constitué par une barrette de détecteurs (6) disposée à l'extérieur du gyroscope, fixe par rapport à la structure du missile et couplée à une extrémité (12) d'un faisceau souple (11) de fibres optiques dont l'autre extrémité (13) disposée dans le plan focal du dispositif optique_de balayage est solidaire dudit dispositif.
Le couplage entre les détecteurs et les fibres optiques est effectué soit directement, soit par l'intermédiaire d'un dispositif de transport d'image (10).
Application: détection et localisation de cibles.

Description

  • L'invention concerne un système optique d'autodirecteur à imagerie comportant un dispositif optique de balayage du champ monté sur une monture à cardan solidaire du gyroscope du missile et un système de détection de l'image du dispositif optique constitué par une charrette de détecteurs.
  • Elle trouve une application dans la constitution d'un autodirecteur infra-rouge monté sur un missile pour la détection et la poursuite d'une cible.
  • On connaît des systèmes optiques d'autodirecteur à imagerie dans lesquels l'analyse de la scène est obtenue au moyen d'un balayage circulaire. Dans ces systèmes, la rotation d'un élément optique tel qu'un dièdre ou un prisme de Péchan produit la rotation de l'image de la scène par rapport à une barrette de détecteurs (voir par exemple le brevet français n° 2 481 794).
  • Dans ces systèmes connus, l'ensemble de l'optique de l'autodirecteur ainsi que les détecteurs sont généralement solidaires du gyroscope du missile. Cette disposition a l'inconvénient de créer des couples de rappels parasites sur le gyroscope par la rigidité des liaisons électriques et cryogéniques des détecteurs.
  • Le but de l'invention est de proposer un système qui permet de désolidariser les détecteurs du gyroscope.
  • Ainsi le système optique d'autodirecteur à imagerie selon la présente invention est remarquable en ce que ladite barrette de détecteurs est disposée à l'extérieur du gyroscope, montée perpendiculairement à l'axe du missile, maintenue fixe par rapport à la ; structure du missile et couplée à une extrémité d'un faisceau souple de fibres optiques rangées dont l'autre extrémité est disposée dans le plan focal du dispositif optique de balayage et solidaire dudit dispositif.
  • Un mode de réalisation du couplage de ladite barrette de détecteurs à ladite extrémité du faisceau de fibres optiques est obtenu au moyen d'un dispositif de transport d'image, solidaire de la structure du missile et formant l'image de ladite barrette sur ladite extrémité du faisceau de fibres optiques, de telle façon qu'une fibre optique corresponde à un détecteur.
  • Une variante de ce mode de réalisation consiste à amener directement chaque extrémité de fibre en contact avec la surface du détecteur qui lui correspond. On supprime dans ce cas le dispositif de transport d'image.
  • 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 représente une vue en coupe du mode de réalisation de l'invention avec un dispositif de transport d'image pour effectuer le couplage des détecteurs aux fibres optiques et un dispositif pptique de balayage circulaire du champ.
    • La figure 2 montre le mouvement relatif du détecteur par rapport à la scène selon le mode de réalisation correspondant à la figure 1.
    • La figure 3 représente schématiquement le couplage entre le faisceau de fibres optiques et le détecteur.
    • La figure 4 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation de l'invention du même genre que celui montré sur la figure 1 mais avec un dispositif optique de balayage de type parallèle.
    • La figure 5 montre le mouvement relatif du détecteur par rapport à la scène selon le mode de réalisation correspondant à la figure 4.
  • Les éléments correspondants sur les figures 1, 3 et 4 sont désignés par les mêmes signes de référence.
  • La figure 1 est relative à un mode de réalisation de l'invention avec un dispositif optique de balayage circulaire du champ solidaire d'un gyroscope non représenté sur la figure et dont le centre des cardans non représentés 3 est à l'intersection de l'axe 1 du missile et de l'axe 2 du dispositif optique. Ce dispositif comporte une optique convergente dioptrique ou catadioptrique réalisée par exemple sous la forme d'un miroifceoncave 4 fixe par rapport à l'axe 2 et un dièdre droit 5 dont l'arête est perpendiculaire à l'axe 2, dont les faces sont également inclinées sur cet axe et qui tourne seul autour de cet axe. La figure est une vue en coupe par le plan de symétrie perpendiculaire à l'arête de ce dièdre.
  • Une barrette de détecteurs 6 est montée dans un vase Dewar 7 refroidi par un système cryogénique 8. Les fils de sortie des détecteurs sortent en 9 à travers le vase Dewar.
  • Conformément à l'invention, les détecteurs sont disposés à l'extérieur du gyroscope et maintenus fixes par rapport à la structure du missile. La barrette de détecteurs est perpendiculaire à l'axe du missile. Un dispositif de transport d'image 10 ayant pour axe optique l'axe du missile forme l'image de la barrette de détecteurs sur l'extrémité 12 d'un faisceau de fibres optiques de telle façon qu'à chaque détecteur correspond:; une seule fibre. Les fibres sont rangées de façon à obtenir à l'extrémité 13 du faisceau une disposition convenable. Tout se passe comme si la barrette de détecteurs 6 se trouvait positionnée à l'extrémité 13 du faisceau.
  • Les fibres optiques sont collées entre elles aux deux extrémités 12 et 13 sur une longueur de quelques millimètres et sont indépendantes pour le reste du faisceau de façon à obtenir un faisceau très souple 11 dont le couple de rappel est négligeable.
  • L'extrémité 12 est montée solidaire du dispositif de transport d'image 10 et du Dewar 7 tandis que l'extrémité 13 est mon- .tée solidaire de l'optique elle-même solidaire du gyroscope.
  • La faible dimension de l'extrémité 13 du faisceau de fibres permet de positionner le dièdre 5 à très faible distance du foyer du dispositif optique de balayage. Le'dièdre 5 peut donc être très petit. Il en résulte comme avantages une occultation centrale du miroir concave 4 beaucoup plus faible que si le détecteur était situé directement au foyer de ce miroir et une réduction notable de la masse du dièdre tournant 5 entrainant une résolution plus simple des problèmes d'équilibrage. Ainsi, la mise en rotation du dièdre peut être obtenue soit en liant le dièdre à la toupie du gyroscope soit'en l'entrainant au moyen d'un petit moteur auxiliaire.
  • Le transport d'image au moyen d'un faisceau de fibres souples est réalisable actuellement dans le spectre visible et proche infra-rouge au moyen de fibres optiques classiques en matière plastique, ou en verre, ou en silice. Dans l'infra-rouge moyen (bande de 3µ à 5µ, on dispose de fibres en trisulfure d'arsenic et en sulfure d'arsenic ainsi que de fibres en verres fluorés dont la transmission est excellente sur un trajet de quelques centimètres.
  • Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1 on utilise un dièdre tournant pour l'analyse circulaire de la scène. On pourrait tout aussi bien utiliser un autre type d'élément optique pour réaliser la même fonction comme par exemple un prisme de Péchan ou un système afocal cylindrique, ces exemples n'étant pas limitatifs.
  • Sur la figure 2 apparaît le mouvement relatif du détecteur par rapport à l'image de la scène supposée fixe. Chaque détecteur de la barrette 6 balaye une bande circulaire telle que la bande βi, lorsque le bout de fibre correspondant de l'extrémité 13 est situé sur l'axe 2.
  • La figure 3 représente schématiquement le couplage entre le faisceau de fibres 11 et la barrette de détecteurs 6 dans le cas où ce couplage est réalisé par l'intermédiaire d'un dispositif de transport d'image.
  • L'extrémité 13 du faisceau de fibres située dans le plan focal du dispositif optique de balayage reçoit du flux provenant de la scène dans un certain angle solide wi. Ce flux va sortie d'une fibre fi à l'extrémité 12 du faisceau à l'intérieur d'un angle solide ω'i plus grand que ωi. L'optique 10 doit être capable de collecter tout le flux, donc avoir une ouverture au moins égale à ωi. Il faut en outre que l'image σi de l'extrémité de la fibre fi soit entièrement contenue dans la surface sensible s. du détecteur côrrespondant pour qu'il n'y ait pas de perte de flux.
  • Le grandissement de l'optique 10 peut être quelconque. Il sera adapté aux dimensions desfibres et des détecteurs. Pour fixer un ordre de grandeur, ontpeut par exemple utiliser des détecteurs de 50pm x 50pm et des fibres d'un diamètre de 50µm avec un grandissement égal à l'unité. Un faisceau de 30 fibres associé à une barrette de 30 détecteurs est très souple.
  • Pour la réalisation pratique, la conjugaison des détecteurs avec l'extrémité 12 du faisceau est aisée lorsqu'on dispose d'un outillage approprié.
  • Une variante de couplage entre le détecteur et la fibre consiste à amener la fibre en contact avec la surface du détecteur. On élimine dans ce cas le dispositif de transport d'images 10.
  • L'analyse de la scène pourrait tout aussi bien être réalisée au moyen d'un balayage de type parallèle par exemple en remplaçant le dièdre tournant par un miroir plan oscillant autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du dispositif optique de balayage comme il est représenté sur la figure 4 dans le plan de symétrie passant par l'axe 15 dudit miroir oscillant 14.
  • Sur la figure 5 apparaît le mouvement relatif du détecteur par rapport à l'image de la scène. Le champ analysé est alors rectangulaire. Tous les détecteurs de la barrette 6 balayent des bandes parallèles telles que la bande b..

Claims (7)

1. Système optique d'autodirecteur à imagerie comportant un dispositif optique de balayage du champ monté sur une monture à cardan solidaire du gyroscope du missile et un système de détection de l'image du dispositif optique constitué par une barrette de détecteurs, caractérisé en ce que ladite barrette de détecteurs est disposée à l'extérieur du gyroscope, montée perpendiculairement à l'axe du missile, maintenue fixe par rapport à la structure du missi- le et couplée à une extrémité d'un faisceau souple de fibres optiques rangées dont l'autre extrémité est disposée dans le plan focal du dispositif optique de balayage et solidaire dudit dispositif.
2. Système d'autodirecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couplage de ladite barrette de détecteurs à ladite extrémité du faisceau de fibres optiques est effectué par l'intermédiaire d'un dispositif de transport d'image, solidaire de la structure du missile et formant l'image de ladite barrette sur ladite extrémité du faisceau de fibres optique, en faisant correspondre un détecteur à une seule fibre.
3. Système d'autodirecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couplage de ladite barrette de détecteurs à ladite extrémité du faisceau de fibres optiques consiste à amener chaque extrémité de fibre en contact avec la surface du détecteur qui lui correspond.
4. Système d'autodirecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif optique de balayage est constitué par une optique convergente dioptrique ou catadioptrique constituée par exemple par un miroir concave de révolution autour de son axe optique et par un élément optique ayant le même axe que celui du miroir concave, positionné à faible distance du foyer dudit dispositif et mobile par rapport audit axe de manière à produire un balayage du champ.
5. Système d'autodirecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément optique est constitué par un diè- dré droit dont l'arête est perpendiculaire audit axe optique et dont les faces sont également inclinées sur ledit axe, ledit dièdre tournant autour dudit axe afin de produire un balayage circulaire du champ.
6. Système d'autodirecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dièdre droit est remplacé par tout autre élément optique réalisant ladite fonction de balayage circulaire du champ tel que par exemple un prisme de Péchan ou un système afocal cylindrique.
7. Système d'autodirecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément optique est constitué par un miroir plan oscillant autour d'un axe perpendiculaire audit axe optique afin de produire un balayage du champ de type parallèle.
EP83201067A 1982-07-30 1983-07-19 Système optique d'autodirecteur à imagerie Withdrawn EP0100124A1 (fr)

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FR8213359A FR2531232A1 (fr) 1982-07-30 1982-07-30 Systeme optique d'autodirecteur a imagerie
FR8213359 1982-07-30

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EP0100124A1 true EP0100124A1 (fr) 1984-02-08

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