阅读说明：本技术 具有发光瞄准器和热成像摄像机的瞄准镜 (Sighting telescope with luminous sighting device and thermal imaging camera ) 是由 J-L·埃斯皮耶 B·库梅尔 于 2018-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明的一般领域是瞄准镜或观察镜，其包括：在单个机械结构(80)中，摄像机(10)和与目镜(60)联用的视频微型显示器(50)。根据本发明的瞄准镜的目镜包括光组合器(70)，该光组合器(70)布置为将视频微型显示器的图像叠加在外部景观上。在一个变体中，瞄准镜包括发光符号或发光点(95)和光学装置(90)，该光学装置(90)布置为将所述发光符号或发光点叠加在所述视频微型显示器的图像上和外部景观上。由摄像机、微型显示器和目镜组成的光学链具有一的放大倍数，微型显示器的图像与外部景观的图像一致。(The general field of the invention is sighting or viewing scopes, comprising: in a single mechanical structure (80), a camera (10) and a video microdisplay (50) in conjunction with an eyepiece (60). The eyepiece of the sighting telescope according to the invention comprises a light combiner (70), which light combiner (70) is arranged to superimpose the image of the video microdisplay on the external landscape. In one variant, the sighting telescope comprises a luminous symbol or luminous point (95) and an optical device (90), the optical device (90) being arranged to superimpose the luminous symbol or luminous point on the image of the video microdisplay and on the external landscape. The optical train consisting of the camera, the microdisplay and the eyepiece has a magnification of one, the image of the microdisplay being identical to the image of the external landscape.)

具有发光瞄准器和热成像摄像机的瞄准镜

技术领域

本发明的领域是一种瞄准镜，其包括热成像摄像机和发光瞄准器。

背景技术

为了使用他或她的武器执行他或她的各种任务，步兵需要以下条件：

-日间和夜间的射击能力，其需要准确瞄准，以能够充分利用他或她的武器，理想情况下有效的射击距离超过300米；

-在动态战斗态势下快速瞄准；

-日间和夜间都能保持良好的态势感知能力，以应对战场上可能发生的任何威胁。这种态势感知能力尤其需要保持包含周围空间的广阔视野；

-日间和夜间都具有“去伪装”或感知威胁的能力；

-隐蔽性，尤其是在夜间通过不发光的瞄准构件反映出来；

-不需要从日间瞄准转换为夜间瞄准(反之亦然)的轴线校准设置操作，从而节省时间并确保瞄准的可靠性；

-机动性和耐用性，这需要设备尽可能轻巧并且紧凑。

这些需求通过对于步兵所提供的突击步枪所装备的瞄准构件的强烈的需求而反映出来。在实践中，这些需求只能部分地得到满足，而且根本无法使用一件紧凑并且轻巧的设备来满足。

用于确保突击步枪的瞄准的常规解决方案如下。对于日间瞄准，该武器大体上包括目镜，即前瞄准器组件。该组件简单、结实且便宜，但是精度不高。

对于日间瞄准，该武器还可以包括：

-发光瞄准器，即一种光学组件，其能够将外部的发光符号或发光点叠加在瞄准轴线上。该发光瞄准器能够与可变倍的放大光学器件联用。例如，放大倍数为3；

-激光指示器；

-日间放大镜；

对于夜间瞄准，该武器可以包括：

-激光指示器；

-瞄准镜，其具有称为“IL”镜的光增强瞄准镜；

-红外瞄准镜，其称为“IR”瞄准镜；

-定位于日间瞄准镜上游的光增强或红外的适配器或“夹持装置(clip on)”适配器；

-瞄准装置，其包括与固定在武器上的发光瞄准器联用的夜视镜。

这些已知方案都具有优点和缺点，但是没有一个方案能够完全解决上面确定的全部需求。

发光瞄准器的解决方案之所以特别值得考虑，是由于它提供了良好的准确性，同时由于该解决方案允许在双眼睁开时进行瞄准和射击，并且允许眼睛的位置与发光瞄准器相对较远，眼睛不是必须靠近目镜，保持了对总体态势的良好感知。射击者能够保持双眼睁开，发光瞄准器不放大地透射景观。

广泛使用的通过激光指示器的方式瞄准尤其在夜间是非常有利的，因为它允许动态战斗中的快速射击，而不用将眼睛在瞄准器后进行对准，甚至在极端情况下也不必肩扛武器。另一方面，激光指示器不能保持隐蔽，尤其是在夜间。即使是发射近红外光的指示器，也可以利用夜视镜或某些利用对近红外光敏感的摄像机的设备轻松检测到。

通常，具有热光增强的或热红外的瞄准镜(无论是日间瞄准镜还是夜间瞄准镜)具体地得益于其放大倍数而具有准确性的优势。它们存在这样的缺点：要求用于瞄准的眼睛位于靠近目镜的位置；此外，使用者无法利用另一只眼睛进行概览。这种操作需要一定的时间，这造成了动态战斗中效率的损失。此外，射击者会暂时与他的或她的环境隔离，然后可能不知道新的威胁。最后，在夜间，如果配备了夜视镜，战斗人员必须摘下那些夜视镜，以便能够使不受约束的眼睛正确地位于瞄准镜的后方。再一次地，这表示动作的额外延迟和对于战斗人员的环境的破坏。

红外或热成像瞄准镜存在相同的缺点，但具有一些显着的优势：夜视能力(包括处于完全黑暗中的夜视能力)、在战场的雾气和烟雾中增强的视力，最重要的是使任意热的目标“去伪装”的能力。

为了尝试提供适当的响应，可以在单个设备中并置多个系统。例如，如图1所示，某些瞄准设备结合了顶部设置有发光瞄准器的IL或IR瞄准镜。在这种情况下，瞄准镜包括热成像摄像机和观察装置。该热成像摄像机包括聚焦透镜1和光敏接收器2。该观察装置包括微型显示器3和目镜4。发光瞄准器包括发光符号5、用于准直的光学元件6以及用于与直接视觉叠加的光学元件7。

这些解决方案导致相对体积较大的设备，其提供并列的功能但没有将它们组合在一起。在给定的时刻，使用者必须选择使用发光瞄准器或瞄准镜，因此，使用者从来无法从两个系统的累加优势中受益。在结合了热红外瞄准镜和发光瞄准器的系统中，使用者必须选择是通过发光瞄准器而受益于快速瞄准和所提供的态势感知能力，还是通过热红外瞄准镜而受益于所提供的去伪装和夜视能力。

综上所述，基于发光瞄准器、指示器或瞄准镜类型的单一原理的现有解决方案不能满足步兵在任意情况下射击的所有需求。将两种原理并置在同一设备中的解决方案(例如，发光瞄准器和热成像瞄准镜)能够将一些优点结合在一起，而又无法同时从这些优点中受益。此外，这些系统体积较大并且笨重。它们不能满足上述所有需求。

发明内容

根据本发明的瞄准镜不具有上述缺点。的确，可以通过单个发光瞄准器型的目镜感知不同来源的几个图像。因此，这种类型的设备的若干需求得到保证，同时保持减小的体积。更具体地，本发明的主题是瞄准镜或观察镜，其包括：在单个机械结构中，摄像机和与目镜联用的视频微型显示器，其特征在于，目镜利用布置为将视频微型显示器的图像叠加在外部景观上的光组合器。

有利地，该瞄准镜包括发光符号或发光点和光学装置，该光学装置布置为将所述发光符号或发光点的图像叠加在所述视频微型显示器的图像上和外部景观上。

有利地，由摄像机、微型显示器以及目镜组成的光学链的放大倍数为一，微型显示器的图像与外部景观的图像一致。

有利地，光组合器包括平坦的半透半反表面，该半反射表面相对于瞄准或观察轴线倾斜约45度。

有利地，半透半反表面包含在包括两个平行平面的平板分束器中。

有利地，半透半反板包含在包括两个平行平面的立方体分束器中。所述面的法线可以平行于瞄准或观察轴线。

有利地，棱镜分束器包括凹面反射镜，该凹面反射镜的光轴与瞄准或观察轴线成直角，来自视频微型显示器的光线由半透半反板透射、由凹面反射镜反射、然后由半透半反板反射。

有利地，棱镜分束器包括入射凸面，该入射凸面的光轴与瞄准或观察轴线成直角，并且该入射凸面与凹面反射镜相对。

有利地，光组合器包括相对于瞄准或观察轴线倾斜的“自由曲面”型或衍射型的凹半透半反表面，并且目镜包括与半透半反凹面联用的凸面反射镜。

有利地，光学装置包括布置于视频微型显示器前部的平板分束器或立方体分束器，使得发光符号或发光点的图像通过平板分束器或立方体分束器的反射或透射而与视频微型显示器融合。

有利地，摄像机是热红外摄像机或低照度摄像机。

附图说明

通过阅读以非限制性方式给出的以下描述和附图，将更好地理解本发明，并且其他优点将变得显而易见，在附图中：

图1(已经对其进行阐释)表示根据现有技术的瞄准镜-发光瞄准器的组合；

图2表示根据本发明的瞄准镜或观察镜的立体图；

图3表示根据本发明的瞄准镜或观察镜的产品方案；

图4表示根据本发明的目镜的第一实施方案；

图5表示根据本发明的目镜的第二实施方案；

图6表示根据本发明的目镜的第三实施方案；

图7表示根据本发明的瞄准镜或观察镜的变体实施方案，其包括准直的发光点生成；

图8表示根据本发明的目镜的第四实施方案。

具体实施方式

图2表示根据本发明的瞄准镜或观察镜的立体图。所述瞄准镜或观察镜基本上包括两个主要的子组件，所述子组件是摄像机10和观察装置15，该观察装置15包括微型显示器和具有光组合器的目镜。光组合器安装于摄像机顶部。光学组件和电子组件的组装件包含在密封结构80中，该密封结构80保护它们免受外部环境和冲击的影响。

该结构包括机械固定接口85，该机械固定接口85能够将该结构固定到配备有标准接口的武器上。例如，该接口是“皮卡汀尼(Picatinny)”导轨或其等效形式。

该结构还包括一组按钮和控制构件87，具体地，该组按钮和控制构件87允许对设备的不同功能的开/关控制、视频微型显示器的亮度设置、电子和机械的轴线校准设置、用于根据外部景观生成的不同图像的叠加的电子设置。该组按钮和控制构件87可以布置于瞄准镜的两个侧面中的一个。作为示例，在图2中，该组包括三个按钮，所述三个按钮布置于瞄准镜的左侧侧面，其他按钮布置于瞄准镜的左侧面。

图3表示根据本发明的瞄准镜或观察镜的第一实施方案。对于该图和随后的图采取以下约定。光学元件或机械元件用粗线表示，光线用细线表示，光轴用虚线表示。为了清楚的目的，仅表示出光轴上的光线。

优选地，摄像机是热成像摄像机，该摄像机包括红外透镜20和红外传感器25，红外透镜20的工作波长位于8μm至12μm之间的光谱带中，红外传感器25具有对相同的光谱带敏感的微辐射热测定器。

该摄像机也可以是低照度摄像机，通过低噪声的“CMOS”传感器(“CMOS”是“互补金属氧化物半导体”的缩写)或者“EB-CMOS”传感器(“EB-CMOS”是“电子轰击CMOS(Electro-Bombarded CMOS)”的缩写)实现。该摄像机也可以是“SWIR”摄像机(“SWIR”是“短波红外光(Short Wave InfraRed)”的缩写)，其工作波长在1μm至2μm的光谱带中、从夜晚的光照中感测夜间光线并且具有去伪装的能力。

该摄像机包括电源、传感器驱动、图像处理电子装置30以及容纳几个电池单元或一块可充电电池的电源单元40，以确保摄像机的自主性，该摄像机能够布置于瞄准镜后方、观察者眼睛的一侧。

观察装置包括微型显示器50、具有光组合器70的目镜60以及为微型显示器供电和驱动微型显示器所必需的电子装置。

该微型显示器50显示视频瞄准线，其可能具有后部瞄准校正元件或光学测距符号或刻度。它还显示来自热成像摄像机的场景的热红外图像。

该微型显示器可以是，例如“OLED”显示器(“OLED”是“有机发光二极管”的缩写)、“LCD”(“LCD”是“液晶显示器”的缩写)、“LCOS”显示器(“LCOS”是“硅基液晶”的缩写)。

由摄像机、微型显示器和目镜组成的光学链具有一的放大倍数，微型显示器的图像与外部景观的图像一致。光组合器确保微型显示器的图像完美的位于外部景观上。

具有光组合器的目镜具有不同的可实现的实施方案。

在表示不同的光学目镜组合的图4、图5和图8所示的第一实施方案中，光组合器包括相对于瞄准或观察轴线倾斜45度的平坦的半透半反表面。该表面不具有光学屈光度。

如图8所示，该表面可以属于具有平行平面且厚度较小的半透半反板。

如图4和图5所示，该板可以有利地包含在包括两个平行平面的立方体分束器中，以免对外部景观引入畸变。这些面的法线可以平行于瞄准或观察轴线。

图4表示第一目镜61，其包括聚焦光学器件和具有立方体分束器的光组合器71。聚焦光学器件将来自微型显示器50的图像形成在无限远处，并通过光组合器71叠加到外部景观上。光组合器71包括倾斜的平坦的半透半反板711以及两个平行平面712和713。如在该示例中，图4的聚焦光学器件包括三个透镜610、611和612以及位于第二透镜与第三透镜之间的平面反射镜613。该反射镜613能够减小聚焦光学器件的体积。在变体的实施方案中，反射镜可以由全反射棱镜代替。在图4所示的该配置中，光组合器71将来自显示器的图像直接反射到观察者的眼睛Y。

图5表示第二目镜62，其包括聚焦光学器件和具有立方体分束器的光组合器72。在该配置中，光组合器在微型显示器的光路上具有光学屈光度。光组合器在直接透射的光路上不具有光学屈光度。因此，减小了准直所需的透镜的数量和尺寸。目镜更加简化并且体积更小。

立方体分束器72进而包括凹面反射镜722，该凹面镜的光轴与瞄准轴线成直角。通过三个透镜620、621和622的组以及通过光组合器72确保来自微型显示器50的光线的准直。来自视频微型显示器50的光线通过透镜组、由半透半反板721透射、由凹面反射镜722反射、然后第二次通过半透半反板721朝向观察者的眼睛反射。

如前一个组合，在该光学组合中，平面反射镜623能够减小目镜的光学体积。在一个变体实施方案中，立方体分束器包括入射凸面723，该入射凸面的光轴与瞄准或观察轴线轴成直角，并且入射凸面723与凹面反射镜722相对。该入射凸面723的功能是避免眼睛看到的全反射，该全反射源自景观并且通过棱镜的该面的全反射被反射。该凸面能够使这些寄生的图像不聚焦并将它们推回到处于瞄准位置的眼睛不可见的区域。

在图6所示的第二实施方案中，光组合器73包括相对于瞄准或观察轴线倾斜的“自由曲面”型或衍射型的半透半反凹面。“自由曲面”的表面理解为表示不具有旋转对称性的表面。它可以用不同的方式限定。

在该配置中，半透半反表面相对于光轴倾斜较大角度，其可以大约为40度。在这种情况下，如图5所示，目镜63包括凸面反射镜632，该凸面反射镜632也相对于与半透半反凹面73相关的光轴倾斜。该反射镜也可以是“自由曲面”型或衍射型的表面。最后，目镜63包括形成一对的两个透镜630和631的组，凸面反射镜632和半透半反凹面73。如果该组透镜具有较长的焦距，则可以在显示器50与该组透镜之间***光束折叠装置，该光束折叠装置可以是基于反射镜或基于棱镜的，从而减小目镜的体积。

在根据本发明的瞄准镜和观察镜的重要变体实施方案中，瞄准镜包括发光符号或发光点和光学装置，该光学装置布置为将该发光符号或发光点的图像叠加在视频微型显示器的图像上和外部景观上。该光学装置进而包括布置在视频微型显示器前部的平板分束器或立方体分束器，使得发光符号或发光点的图像通过平板分束器或通过立方体分束器的反射或透射与视频微型显示器结合。

在该光学装置的基础版本中，发光点是通过放置在送光孔前部的发光二极管产生的，后者位于目镜的焦平面中，以便叠加在微型显示器的图像上。该发光点通常是红色的。发光点固定于焦平面中的平移调节机构上，以允许使用者相对于武器的瞄准轴线对发光点所实现的瞄准轴线进行轴线校准调节。显示器的标线和红点构成了用于显示武器的瞄准轴线的两个替代解决方案，红点是一种功耗非常低的简单的解决方案。该视频标线可以生成各种图案和复杂形状，包括例如，确保近似测距的人或车辆的光学测距符号。

因此，“红色”点构成了视频微型显示器的可选补充。当微型显示器和热成像不工作时，例如，为了节省瞄准镜的电能时，它还允许低功耗降级模式。

图7表示该变体实施方案的执行的第一示例。在微型显示器50与目镜的第一透镜之间布置有包括平坦的半透半反板91的立方体分束器90。后者(目镜)具有图3的目镜60的配置。红点95布置为通过半透半反板91的反射使得它的图像与微型显示器的图像融合。

图8表示第二示例性实施方案。在该示例中，目镜64包括布置在微型显示器50与立方体分束器900之间的光学器件640。相同的光学元件640bis也布置在红点95与立方体分束器900之间。立方体分束器是两个棱镜901和902的组件，两个棱镜的公共面910包括半透半反处理。在图7的情况下，棱镜902通过全反射来工作。因此，目镜部分依次包括：光学器件640和640bis、棱镜分束器900、确保光束折叠的全反射棱镜641、半透半反板73和双胶合透镜642。

应当注意的是，容易地使目镜与图6的自由曲面的板相适用，以引入生成的红点。为此，在微型显示器与透镜之间布置立方体分束器或任何其他棱镜组件就足够了。

根据本发明的瞄准镜可以包括补充的模块化光学系统，该补充的模块化光学系统能够改变对外部景观的感知。因此，可以在光组合器的下游布置例如放大倍数为3的放大的无焦点光学器件。同样，可以在光组合器的上游布置光学模块，该光学模块在放大倍数和光增强轴线偏转方面不变。因此，使用者感知到外部景观的增强图像和热图像。

根据本发明的瞄准镜的第一个优点是：对于日间瞄准，为发光瞄准器增加了去伪装的能力，同时保持了提供较大的眼睛的瞄准范围(tirage)的发光瞄准器的人体工程学质量，不会遮挡周围的视野，并且可以在保持两只眼睛睁开的同时与目标进行交战。一方面，在瞄准器的窗口中，使用者能够看到在场景的直接图像上叠加了实现他或她的武器的射击轴线的光标线，另一方面，使用者能够看到场景中存在的并且可能构成威胁的热目标的视频图像。通过热成像(特别是IL/IR融合系统)中使用的常规算法删除场景的背景，可以确保仅显示人体温度的热目标。这些算法对于本领域技术人员是已知的。因此，当战斗人员瞄准目标时，战斗人员会受益于场景的直接视觉与该目标的热红外视觉之间的视觉融合，其上会出现显示武器的射击轴线的光标线。

该瞄准镜的第二个优点是：允许在夜间以采用传统的热成像瞄准镜能够实现的方式进行红外瞄准，但是采用如下发光瞄准器的人体工程学：放大倍数为1、较大的眼睛的瞄准范围(tirage)、双眼睁开进行瞄准。

第三个优点是：允许战斗人员在夜间通过利用可以提供给他或她的光增强夜视镜以发光瞄准器进行观察，该夜视镜固定于他或她的头上或头戴装置上，从而保持在他或她的眼睛前方。于是，战斗人员受益于对于广阔视野(即夜视镜的视野)中夜间场景的感知。该视野通常为40°。此外，战斗人员受益于标线附近的场景的红外视觉，该标线限定了它的瞄准轴线。然后，他或她受益于通过他或她能够睁开双眼使用的提供广阔视野的夜视镜的态势感知，并且受益于以热红外对目标的图像去伪装。

因此，战斗人员可以具有由他或她支配的双图像融合系统：日间的直接视觉和热红外视觉，夜间的光增强和红外视觉。该系统无需添加专用的夜视镜而只需使用武装部队可提供的夜视镜就是有效的。这种双重益处通过单个、轻巧、紧凑的模块中获得，其优势还在于：符合人体工程学的发光瞄准器类型在日间和夜间同样能够快速瞄准、双眼睁开，同时在每个时刻都可以很好地感知环境，这对于动态战斗态势下的响应能力是有利的，并且可以对决的情况下均获得优势。