(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 09/14 EP B1 (13) T3 (1) Int. Cl. G02B7/00 G02B23/12 G02B1/04 (06.01) (06.01) (06.01) (4) Tytuł wynalazku: Kulisty zmieniacz pola (30) Pierwszeństwo: FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 07/24 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 08/09 (73) Uprawniony z patentu: SAGEM Défense Sécurité, Paris, FR PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Brugier Anthony, Paris, FR Pierrois Rodolphe, Paris, FR (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Słomczyńska Elżbieta Warszawa skr. poczt. 33 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 31P24411PL00 EP B1 Opis Wynalazek dotyczy urządzenia do zmiany pola optycznego. Takie urządzenia znajdują liczne zastosowania. Pewne mikroskopy i teleskopy są w nie wyposażone. W dziedzinie nawigacji powietrznej, jest również częste stosowanie kamer (na przykład termicznych) wyposażonych w urządzenia do zmiany pola. Urządzenie do zmiany pola (nazywane w dalszym ciągu prościej zmieniaczem pola) zawiera ogólnie magazynek obrotowy, na którym jest przewidzianych kilka torów optycznych mających różne powiększenia. Każdy tor optyczny ma własną oś optyczną, która przy obrocie magazynka biegnie zgodnie ze stałą osią optyczną odpowiadającą kierunkowi obserwacji. 1 W pewnych zmieniaczach pola (zwłaszcza zmieniaczach będących na wyposażeniu mikroskopów), magazynek ma postać tarczy zamontowanej obrotowo wokół osi pokrywającej się ze swoją osią symetrii i na którym jest zamontowane kilka obiektywów, których własne osie optyczne są nachylone w stosunku do osi obrotu. Przejście obiektywu w sąsiednie położenie dokonuje się przez obrót magazynka o określony kąt odpowiadający odległości kątowej pomiędzy rzutami, w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu, własnych osi optycznych 2 obiektywów.

3 2 Uwzględniając różne rozmiary obiektywów, masa takiego zmieniacza nie jest zrównoważona, obrót magazynka przemieszczając środek ciężkości zmieniacza pola na kole środkowym na osi obrotu i którego średnica, mniejsza lub większa, jest funkcją mas odpowiednich obiektywów. Ten typ zmieniacza pola jest satysfakcjonujący dla sprzętu optycznego laboratoryjnego, w wyborze którego ograniczenia masy i zrównoważenia nie są decydujące. Natomiast, ten typ zmieniacza nie jest odpowiedni, zwłaszcza, dla sprzętu optycznego o dużych rozmiarach (na przykład w dziedzinie teleskopów), gdzie masy elementów optycznych są znaczne i gdzie niezrównoważenia powodują błędy wyrównania czyniąc je 1 bardziej wrażliwymi na otoczenia drgające, często znaczne, w warunkach wykorzystywania tego sprzętu (wstrząsy, drgania, przyspieszenia...), albo dla urządzeń wspomagających nawigację powietrzną, zwłaszcza w dziedzinie wojskowej, gdzie załadowana masa powinna być minimalizowana i gdzie dokładność celowa zmieniacza zależy od jego dobrego zrównoważenia. Wysiłki dla lepszego zrównoważenia zmieniacza zostały już podjęte: można zwłaszcza odnieść się do dokumentu FR , albo jego odpowiednika US , który opisuje zmieniacz pola z magazynkiem sześciennym, mającym trzy składniki optyczne zamontowane na powierzchniach sześcianu i przemiennie

4 3 ustawiane na osi optycznej przez obrót magazynka o kąt 1 o wokół przekątnej sześcianu. Chociaż to urządzenie oznacza rzeczywisty postęp w zakresie zrównoważenia, ma ono jednakże pewną liczbę wad: - po pierwsze, każdy składnik optyczny zajmuje parę przeciwnych powierzchni sześcianu, nie może on wiec nieść więcej niż maksymalnie, trzy tory optyczne, - po drugie, wymiary magazynka odpowiadają kuli, której średnica jest równa długości jego przekątnej, to znaczy około 1,7 razy bok sześcianu, który jest nieuchronnie większy od średnicy soczewki elementu optycznego zajmującego najwięcej miejsca. Innymi słowy, wydaje się trudne zagospodarowanie rozmiaru magazynka. 1 Celem wynalazku jest zwłaszcza zaradzenie tym wadom i zaproponowanie zmieniacza pola zoptymalizowanego jednocześnie w kategoriach masy, rozmiaru i zrównoważenia. W tym celu wynalazek proponuje urządzenie do zmiany pola zawierające: - magazynek obrotowy w ogólnym kształcie kulistym, zamontowany obrotowo wokół osi obrotu pokrywającej się z osią symetrii magazynka nachylonej w stosunku do stałej głównej osi optycznej, i 2 - co najmniej trzy tory optyczne przewidziane na wspomnianym magazynku i mające osie optyczne

5 4 odpowiednio zbieżne nachylone pod tym samym kątem w stosunku do osi obrotu; wspomniany magazynek może obracać się wokół swojej osi obrotu o określone kąty obrotu, aby umieszczać przemiennie każdy z torów optycznych w głównej osi optycznej, tory optyczne są umieszczone na magazynku w taki sposób, że co najmniej dwa kąty obrotu magazynka są różne. W przykładzie wykonania, co najmniej jeden z kątów obrotu magazynka jest różny od 1 o. Kąty obrotu są, na przykład, w przybliżeniu 140 o, 1 o, 0 0. Każdy tor optyczny może zawierać co najmniej jeden otwór wykonany w magazynku, a dwa z nich zawierają, na przykład co najmniej jedną soczewkę zamontowaną w 1 otworze. W przykładzie wykonania, każdy tor optyczny zawiera parę otworów przeciwległych wykonanych w magazynku, i dwa co najmniej z torów optycznych zawierają zespół soczewek zamontowanych w dwóch otworach, odpowiednio przeciwległych. Kąt nachylenia osi obrotu magazynka w stosunku do głównej osi optycznej jest korzystnie zawarty pomiędzy o i 6 o. W szczególnym przykładzie wykonania, ten kąt wynosi 9, o. 2 Ogólnie te systemy zawierają trzy pola: - pole duże (na przykład rzędu 30 o do o ) nazywane często polem nawigacyjnym, ponieważ przedstawia widok

6 otoczenia bliski widzeniu gołym okiem i umożliwiający użytkownikowi realizowanie swoich funkcji pilotowania i nawigacji nocnej; - pole średnie (na przykład rzędu o do o ) umożliwiające wykrywanie i lokalizację celów albo obiektów i na koniec; - pole małe (na przykład rzędu 0, o do 2 o ) umożliwiające rozpoznanie celu i jego identyfikację. Typowo tory optyczne mogą definiować, na przykład pola odpowiednich otworów kątowych na około 1 o, o 40 o. i Ponadto, może istnieć pole optyczne dodatkowe, które jest przeznaczone do kalibracji czujnika: albo przesłania na czujnik (listwa, czujnik matrycowy) 1 obrazu o jednakowej temperaturze w taki sposób, aby mierzyć wszystkie niejednorodności wykrywania w funkcji pola i móc je kompensować w taki sposób, aby nie zakłócać obrazu który ma być uchwycony. Wynalazek proponuje również kamerę zawierającą, umieszczone współosiowo na osi optycznej, moduł optyczny przedni, urządzenie do zmiany pola takie jak opisano powyżej, moduł optyczny tylny zawierający element ogniskujący, i moduł wykrywania. Inne cele i zalety wynalazku ujawnią się w świetle 2 poniższego opisu wykonanego w odniesieniu do załączonych rysunków, na których:

7 6 - figura 1 jest częściowym widokiem perspektywicznym z przodu pokazującym kamerę wyposażona w urządzenie do zmiany pola według wynalazku; - figura 2 jest widokiem perspektywicznym z przodu pokazującym sam magazynek urządzenia do zmiany pola z figury 1; - figura 3 jest widokiem w przekroju pokazującym magazynek z figury 2 w płaszczyźnie przekroju III-III; - figury 4 do 7 są widokami podobnymi do figury 1, pokazującym etapy konstrukcji zmieniacza pola. Na figurze 1 jest przedstawiona kamera 1 zawierająca, zamontowane w obudowie nie przedstawionej: - moduł optyczny przedni 3 1, mogący typowo 1 zawierać co najmniej jedną soczewkę o dużej średnicy, - urządzenie 4 do zmiany pola umożliwiające dokonywanie zmian zdolności powiększenia kamery 1, - moduł optyczny tylny zawierający element ogniskujący 3 2, i moduł 2 wykrywania, wszystkie umieszczone współosiowo na osi optycznej X. Urządzenie 4 do zmiany pola, nazywane w dalszym ciągu prościej zmieniaczem pola albo zmieniaczem 2 zawiera magazynek obrotowy, w ogólnym kształcie kulistym, zamontowany obrotowo w stosunku do obudowy kamery 1 wokół osi obrotu R, pokrywającej się z osią

8 7 symetrii obrotowej kuli i nachylonej w stosunku do głównej osi optycznej X pod określonym kątem α. Ten kąt jest dokładnie zawarty pomiędzy 0 o i 90 o. Dokładniej, jest on korzystnie zawarty pomiędzy o i 6 o i w szczególnym przykładzie wykonania, ten kąt jest 9, o. Zmieniacz 4 zawiera ponadto kilka torów optycznych, typowo trzy, odpowiednio A, B, C jak pokazano, umieszczone w magazynku, który ma w praktyce postać wydrążonej kuli wykonanej z lekkiego stopu na bazie aluminium albo magnezu. Każdy tor optyczny A, B, C zawiera parę otworów cylindrycznych (albo tworzących stożek ścięty) średnicowo przeciwległych wykonanych w magazynku, odpowiednio oznaczonych OA1 i OA2 dla toru A, OB1 i OB2 1 dla toru B, OC1 i OC2 dla toru C, i w których, jak zobaczymy później, mogą być zamontowane soczewki. Dwa otwory tego samego toru (na przykład OA1 i OA2) mają środki na osi wspólnej, zwanej osią optyczną własną odpowiedniego toru optycznego. Osie optyczne odpowiednio trzech torów, odpowiednio oznaczone XA, XB i XC, są zbieżne w środku geometrycznym O magazynka. Osie optyczne XA, XB, XC są nachylone pod tym samym kątem w stosunku do osi obrotu magazynka. Ten kąt jest równy kątowi nachylenia α osi R obrotu w stosunku 2 głównej osi optycznej X. Innymi słowy, osie optyczne XA, XB, XC są rozłożone na stożku obrotowym CN ze środkiem na osi R

9 8 obrotu magazynka, którego wierzchołek pokrywa się z środkiem geometrycznym magazynka, i którego połówkowy kąt wierzchołkowy jest równy kątowi α (9, o w korzystnym przykładzie wykonania). W taki sposób, obracając magazynek wokół jego osi obrotu R, jest możliwe ustawienie każdej z osi własnych XA, XB, XC torów A, B C zgodnie z główną osią optyczną X. Kąty obrotu magazynka wokół swojej osi R, dla zmiany pola, są określone i zależne od położenia torów A, B, C w magazynku. To położenie nie jest symetryczne, to znaczy, że co najmniej dwa z kątów β1, β2 i β3, które oddzielają rzuty własnych osi optycznych XA, XB, XC na płaszczyznę P prostopadłą do osi R obrotu (te kąty są równe kątom 1 obrotu magazynka ), są różne (porównaj figura 3). W przykładzie wykonania, kąt β1 oddzielający rzut na P osi optycznej XA toru A od rzutu osi optycznej XB toru B wynosi około 140 o, a kąt β2 oddzielający rzut osi optycznej XB toru B od rzutu osi optycznej XC toru C wynosi około 1 o. Z komplementarności wynika, że kąt β3 oddzielający rzut osi optycznej XC toru C od rzutu osi optycznej XA toru A wynosi 0 o. To położenie asymetryczne torów optycznych A, B, C ma na celu minimalizowanie średnicy zewnętrznej 2 magazynka, w taki sposób aby minimalizować ciężar (a więc bezwładność) zmieniacza 4.

10 9 Każdy tor optyczny określa w połączeniu z soczewką obiektywu, szczególne pole widzenia, którego kąt otwarcia zależy od obecności, albo nie, soczewek i ich mocy powiększającej. Wybór pól zależy od zastosowania jakie przewiduje się dla kamery 1. Dla zastosowania do pomocy w nawigacji podczas walki helikoptera, można przyjąć, że trzy tory optyczne A, B, C rozważanego przykładu są wybrane w następujący sposób: - w torze A, małe pole, mające na przykład otwarcie kątowe około 0, o do 2 o, typowo około 1 o, odpowiadające dużej mocy powiększającej i przeznaczone do ściągania ( tracking ), - w torze B, pole średnie, mające na przykład otwarcie 1 kątowe około o do o, typowo około o, odpowiadające średniej mocy powiększającej i przeznaczone do wykrywania; - w torze C na koniec, duże pole, mające na przykład otwarcie kątowe około 30 o do o, typowo około 40 o, odpowiadające małej mocy powiększającej (duży kąt) i przeznaczone do nawigacji normalnej. Tory B i C są obydwa wyposażone w parę soczewek LB1 i LB2 z jednej strony, LC1 i LC2 z drugiej strony, tworzącą system optyczny zogniskowany, podczas gdy tor 2 A jest pozbawiony soczewki, strumień F przechodzący przez soczewkę obiektywu 3 przechodzi swobodnie - to

11 znaczy bez załamania przez odpowiadające otwory OA1, OA2. Dla zilustrowania tego co powiedziano, przedstawiono na figurze 2 wydrążoną kulę (bez grubości), w której są wykonane otwory o obrysie kolistym stanowiące otwory OA1, OA2, OB1, OB2, OC1, OC2, każdego z torów A, B, C. Wykreślono linią kropkowaną wspomniany stożek obrotowy CN: ten stożek, którego wierzchołek pokrywa się z środkiem O kuli, opiera się na kole CC opisanym na trójkącie łączącym środki C1, C2, C3 trzech sąsiednich otworów OA1, OB1, OC1 umieszczonych w tej samej półkuli i odpowiadających odpowiednio trzem torom A, B i C. To koło CC rozciąga się w płaszczyźnie P, która stanowi płaszczyznę 1 przekroju III-III, na której przedstawiono zmieniacz pola na figurze 3. Proponuje się obecnie sposób konstrukcji zmieniacza 1, który został właśnie opisany. Pole odpowiadające torowi A jest określone, oblicza się średnice otworów OA1, OA2 do wykonania w kuli, aby strumień użyteczny przechodzący przez soczewkę obiektywu 3 mógł swobodnie przechodzić przez magazynek. Ustala się następnie średnicę magazynka kulistego : ta średnica powinna być wystarczająca, 2 aby umożliwić realizację otworów OA1, OA2 toru A pozostawiając przy tym na magazynku przestrzeń

12 11 potrzebną do realizacji innych otworów OB1, OB2, OC1, OC2. Wierci się więc wspólnie w kuli średnicowo przeciwległe otwory OA1, OA2 odpowiadające torowi A (figura 4). Umieszcza się wówczas oś XA toru A, określoną przez prostą łączącą środek otworów OA1, OA2, na głównej osi optycznej X, następnie ustala się oś R obrotu magazynka w taki sposób, aby nie napotykała ona otworów OA1, OA2 (figura 4). Średnica soczewek LB1, LB2 toru B jest określona, obraca się kulę wokół jej osi obrotu R aż do uzyskania na niej, wokół głównej osi optycznej X, przestrzeni wystarczającej, aby wykonać na tej osi X dwa średnicowo 1 przeciwległe otwory OB1, OB2 o średnicy odpowiadającej średnicy soczewek LB1, LB2 toru B, tak aby te otwory OB1, OB2 nie wchodziły na otwory OA1, OA2 toru A już wykonane (figura ). Następnie powtarza się tę operację dla toru C, którego soczewki LC1, LC2 mają, uwzględniając selekcję pól przedstawioną powyżej średnicę mniejszą od średnicy soczewek LB1, LB2 toru B (figura 6). Na koniec montuje się soczewki LB1, LB2, LC1, LC2 torów B i C w ich odpowiednich otworach OB1, OB2 i OC1, 2 OC2 (figura 7). Kształt kulisty magazynka umożliwia zwiększenie jego zwartości - a więc jednocześnie gęstości zabudowy

13 12 i ciężaru. Odstęp zwłaszcza pomiędzy soczewką obiektywu 3 i modułem wykrywania 2, jest, w szczególności mniejszy niż w znanych urządzeniach. Ponadto, bezwładność magazynka jest również mniejsza niż w znanych urządzeniach, zmiana pola jest dokonywana szybciej. Uwzględniając symetrię obrotową magazynka, jego środek bezwładności może łatwiej być zbliżony (dla zrównoważenia) do jego osi R obrotu, z korzyścią dla stabilności osi optycznej kamery 1, co jest szczególnie cenne w konfiguracji śledzącej ( tracking ). Wynalazek nie jest żadną miarą ograniczony do przykładu wykonania, który został właśnie opisany, i bez wychodzenia z jego zakresu, rozmaite modyfikacje mogą być wprowadzone do zmieniacza 4. 1 Zwłaszcza, wartości pola wskazane powyżej są podane tylko tytułem przykładu. Zależnie od zastosowań można przewidzieć wybór innych. Również liczba torów optycznych może być większa od trzech: w ten sposób, jest zwłaszcza możliwe przewidzenie specjalnego toru dla kalibracji modułu wykrywania 2. Ponadto, sposób konstrukcji zmieniacza 4, opisany powyżej, jest również podany tytułem przykładu, szczególna kolejność etapów konstrukcji ma jedynie za cel umożliwienie fachowcowi zrozumienie myśli, z którą 2 zmieniacz 4 jest zaprojektowany i umożliwienie jego wykonania. Jednakże, w tym co dotyczy produkcji

14 13 zmieniacza 4, jest zrozumiałe, że pewne etapy mogą być przestawione, albo być wykonane łącznie. Również, zostało wskazane, że magazynek jest wykonany w wydrążonej kuli: ten wybór ma na celu minimalizowanie jego ciężaru. Jednakże w praktyce jest oczywiście możliwe wykonanie magazynka przez wiercenie otworów OA1 do OC2 w kuli pełnej. Należy zauważyć, że dla równych parametrów (to znaczy dla takiego samego wyboru torów optycznych), zmieniacz pola 4 według wynalazku umożliwia zyskanie na masie co najmniej 2% w stosunku do znanych zmieniaczy. Sagem Défense Sécurité Pełnomocnik:

15 31P24411PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie (4) do zmiany pola zawierające: - magazynek obrotowy () zamontowany obrotowo wokół osi obrotu (R) pokrywającej się z osią symetrii magazynka () nachylonej w stosunku do nieruchomej głównej osi optycznej (X) i - co najmniej trzy tory optyczne (A, B, C) przewidziane we wspomnianym magazynku () i mające osie optyczne odpowiednio (XA, XB, XC) zbieżne, nachylone pod tym samym kątem (α) w stosunku do osi obrotu (R); wspomniany magazynek () może obracać się wokół swojej osi obrotu (R) o określone kąty obrotu (β, β2, β3) aby umieszczać przemiennie każdy z torów optycznych (A, B, C) w głównej osi optycznej (X); to urządzenie jest znamienne tym, że magazynek () ma ogólny kształt kulisty, i tym, że tory optyczne (A, B, C) są umieszczone w magazynku () w taki sposób, że co najmniej dwa z kątów (β1, β2, β3) obrotu magazynka () są różne. 2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że co najmniej jeden z kątów (β1, β2, β3) obrotu magazynka jest różny od 1 o. 3. Urządzenie według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienne tym, że kąty obrotu (β1, β2, β3) wynoszą w przybliżeniu 140 o, 1 o, 0 o.

16 2 4. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 1 do 3, znamienne tym, że każdy tor optyczny (A, B, C) zawiera co najmniej jeden otwór (OA1, OA2; OB1, OB2; OC1, OC2) wykonany w magazynku ().. Urządzenie według zastrzeżenia 4, znamienne tym, że co najmniej dwa z torów optycznych (A, B, C) zawierają soczewkę (LB1, LB2; LC1, LC2) zamontowaną w otworze. 6. Urządzenie według zastrzeżenia 4 albo, znamienne tym, że każdy tor optyczny (A, B, C) zawiera parę otworów (OA1, OA2; OB1, OB2; OC1, OC2) średnicowo przeciwległych wykonanych w magazynku (), i tym, że co najmniej dwa z torów optycznych (A, B, C) zawierają zespół soczewek (LB1, LB2; LC1, LC2) zamontowanych w dwóch otworach (OB1, OB2 ; OC1, OC2) odpowiednio średnicowo przeciwległych. 7. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń 1 do 6, znamienne tym, że kąt (α) nachylenia osi obrotu (R) magazynka w stosunku do głównej osi optycznej jest zawarty pomiędzy o i 6 o. 8. Urządzenie według zastrzeżenia 7, znamienne tym, że kąt (α) nachylenia osi obrotu (R) magazynka () w stosunku do głównej osi optycznej (X) wynosi 9, o. 9. Urządzenie według jednego dowolnego z zastrzeżeń 1 do 8, znamienne tym, że tory optyczne (A,

17 3 B, C) są w liczbie trzech i określają odpowiednio małe pole, średnie pole i duże pole.. Urządzenie według zastrzeżenia 9, znamienne tym, że małe pole ma wartość rzędu 0, o do 2 o, tym, że średnie pole ma wartość rzędu o do o, i tym, że duże pole ma wartość rzędu 30 o do o. 11. Urządzenie według zastrzeżenia 9, znamienne tym, że tory optyczne (A, B, C) definiują pola otworów kątowych odpowiednich około 1 o, o i 40 o. 12. Kamera (1) zawierająca moduł optyczny przedni (3 1 ), urządzenie (4) do zmiany pola według jednego z zastrzeżeń 1 do 11, moduł optyczny tylny zawierający element ogniskujący (3 2 ) i moduł wykrywania (2). Sagem Défense Sécurité Pełnomocnik:

18 1/6 31P24411PL00

19 2/6 31P24411PL00

20 3/6 31P24411PL00

21 4/6 31P24411PL00

22 /6 31P24411PL00

23 6/6 31P24411PL00