SE519186C2 - Skjutsimulatorer - Google Patents

Description

25 30 519 186 2 För att simulatorn skall fungera stabilt är såväl simulerstrålning som ensningsstrålning genererade av ett gemensamt optiskt system. En lasersändare används för att genererera simulerstrålningen, vilken lasersändare är placerad i fokalplanet av det optiska system. En retikel, som när belyst genererar ensningsstrålningen, är placerad i samma fokalplan som lasem. Dessutom är lasern och retikeln i fast mekanisk förbindelse med varandra.

Detta ger ett mycket robust, stabilt system, men en nackdel är att retikeln är störande för simulerstrålningen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en i förhållande till känd teknik avsevärt förbättrad skjutsimulator, vilken medger att simulerstrålningen från simulatorn ges en optimal intensitetsfördelning.

Detta har åstadkommits medelst en för simulering av skjutning inrättad simulator, som är avsedd att monteras på ett vapen med riktmedel. Simulator innefattar en sändare för simuleringsstrålning utgående längs en simuleraxel och en sändaranordning för ensstrålning utgående längs en ensaxel, varvid sändaranordningen för simulerstrålningen innefattar en retikel anordnad huvudsakligen i ett första fokalplan till ett optiskt system. Simulatom kännetecknas av att det optiska systemet innefattar medel för stråldelning, varvid det optiska systemet har ett andra fokalplan. Sändaren för simulerstrålningen är då anordnad i en optisk väg eller dess förlängning innefattande det andra fokalplanet.

De stråldelande medlens transmittans respektive reflektans är i ett utförande våglängdsberoende och således olika för simulerstrålen och ensstrålen.

Föredragna utforingsforrner kan ha ett eller flera av de i underkraven angivna särdragen.

F IGURBESKRIVNING Fig. l återger en simulator på ett vapen där riktaxel, simuleraxel och ensningsaxel är angivna. 10 15 20 25 30 519 186 3 Fig. 2 visar ett exempel på ett optiskt system i simulatom.

Fig. 3 visar ett altemativt exempel på ett optiskt system i simulatom.

Fig. 4 visar ännu ett exempel ett alternativt optiskt system i simulatom.

Fig. 5 visar schematiskt kriterierna för en ideal strållobform hos en simulerstråle.

Fig 6 illustrerar ett exempel på en metod för beräkning av en i huvudsak positiv asfarisk yta.

Fig 7 visar en utformning av en diffraktiv yta BESKRIVNING Av UTFÖRANDEN I fig 1 är en simulator 1 monterad på ett vapen 2 försett med riktmedel 3 företrädesvis i form av ett sikte. I simulatorn 1 genereras en simulerstrålning längs en simuleraxel 5. Simulatom emitterar också en ensningsstrålning längs en ensningsaxel 7 som är parallell med simuleraxeln 5. Vapnets riktmedel 3 definierar en riktaxel 8 och det är denna riktaxel som definierar i vilken riktning ett skott kommer att lämna vapnet 2 vid skjutning med skalp ammunition.

I figur 2 genereras i ett optiskt system 12 simulerstrålningen av en av en lasersändare 4 exempelvis i form av en laserdiod vars våglängd exempelvis är omkring 900nm. Man kan även tänka sig att sändaren emitterar elektromagnetisk strålning med annan teknik än laser.

För att förbättra den cirkulära symmetrin i simulerstrålningen från laserdioden är i ett ej visat utförande en optisk fiber, vars diameter kan vara ungefär SOum, anordnad i strålgången framför laserdioden så att strålningen utefter fiberns längd reflekteras ett antal gånger inuti fibern och därigenom fås en mer symmetrisk fördelning av riktningen.

I strålgången från laserdioden är anordnat en strålformande optisk komponent 6 med i huvudsak positiv brytkraft innefattande åtminstone en diffraktivt transmitternade yta eller asfariskt refraktiv yta. Efter den optiska komponenten 6 är i strålgången anordnad en stråldelare 9 vars stråldelande skikt 10 är inrättat att reflektera en betydande del av 10 15 20 25 30 519 186 4 simulerstrålningen mot en projektionslins 11. Den optiska komponenten 6 är placerad i förhållande till projektionslinsen 11 och laserdioden 4 så att i projektionslinsens fokalplan 13 längs denna optiska väg med reflexion i det stråldelande skiktet 10 ligger i den punkt där simulerstrålningen från den optiska komponenten 6 har en önskad lobform, såsom kommer att beskrivas i detalj senare.

En källa för synligt ljus 14, såsom en lysdiod, är inrättad att generera ensninsgsstrålningen.

Ljuskällan 14 är anordnad så ett den belyser en retikel 15, exempelvis i form av en glasplatta med en ingraverad eller påtryckt mönster, hårkors eller liknande. Retikeln är i sin tur anordnad i ett fokalplan 16 för projektionslinsen i en optisk väg med passage genom stråldelarens 9 stråldelande skikt 10. En andel av ensningsstrålningen passerar genom det stråldelande skiktet medan en andra del reflekteras bort från det optiska systemet 12. 1 det i fig 2 visade utförandet är laserdioden 4, ljuskällan 14 och stråldelaren 9 placerade i förhållande till varandra så att både simulerstrålningen och ensningsstrålningen infaller med en vinkel ungefär 45 grader mot det stråldelande skiktet 10 och så att den reflekterade simulerstrålningen och ensningsstrålningen som passerat genom det stråldelande skiktet passerar såsom en sammansatt stråle mot projektionslinsen ll. Efter passage genom projektionslinsen 11 lämnar simulerstrålningen och ensstrålningen simulatom 1 utefter en gemensam simuler- och ensningsaxel 5,7.

Det är för fackmannen inom området konventionell teknik att utforma en stråldelare med ovan angivna egenskaper. Det är idag möjligt att till en rimlig kostnad konstruera ett stråldelande skikt som reflekterar ca 90% av strålningen i ett våglängdsorriråde där simulerstrålningen finns medan 10% passerar genom skiktet ut från det optiska systemet 12 samtidigt som stråldelaren 9 släpper genom ca 75% av den synliga ensningsstrålningen. Tilläggas bör att det ej är kritiskt för det optiska systemets 12 prestanda att en mycket hög andel av strålningen leder till projektionslinsen. En något lägre andel kan kompenseras med att uteffekten ökas från laserdioden 4 respektive ljuskällan 14. Även i figur 3 genereras simulerstrålningen av laserdioden. I strålgången från laserdioden är anordnat en strâlforniande optisk komponent 17 med i huvudsak negativ brytkraft innefattande åtminstone en diffraktivt transmitternade yta eller asfäriskt refraktiv yta. Efter den negativa optiska komponenten 17 äri strålgången anordnad stråldelaren 9 vars 20 25 30 519 186 5 stråldelande skikt 10 på samma sätt som beskrivits ovan är inrättat att reflektera en betydande del av simulerstrålningen mot projektionslinsen 11. Den negativa optiska komponenten 17 är placerad i förhållande till projektionslinsen 11 och laserdioden 4 så att i ett virtuellt fokalplan 18 i den optiska vägens förlängning ligger i den punkt där simulerstrålningen från den optiska komponenten skulle har en önskad lobform, såsom kommer att beskrivas i detalj senare. Även detta utförande innefattar den ensninsgsstrålningen genererande ljuskällan 14 anordnad så ett den belyser retikeln 15. Retikeln är anordnad i fokalplanet 16 för projektionslinsen 11 i en optisk väg genom stråldelarens stråldelande skikt. En första andel av ensningsstrålningen passerar genom det stråldelande skiktet mot projektionslinsen 11 medan en andra del reflekteras bort från det optiska systemet 12. Även i detta utförande är laserdioden 4, ljuskällan 14 och stråldelaren 9 placerade i förhållande till varandra så att både simulerstrålningen och ensningsstrålningen infaller med en vinkel ungefär 45 grader mot det stråldelande skiktet och så att den reflekterade simulerstrålningen och ensningsstrålningen som passerat genom det stråldelande skiktet passerar såsom en sammansatt stråle mot projektionslinsen 11. Således är funktionen i detta utförande identisk med den hos det i fig 2 visade utförandet. I ett exempel är i det i fig 3 visade utförandet stråldelarens mekaniska dimensioner sådana att med retikeln och den strålformande optiska komponenten 17 anordnade vid stråldelaren, exempelvis genom limning, erhålls erforderliga optiska avstånd i det optiska systemet. Detta ger en mycket robust konstruktion.

Iett alternativt utförande är fokalplanens 16, 18 placering ombytta så, att det stråldelande skiktet släpper genom simulerstrålningen i riktning mot projektionslinsen och reflekterar ensningsstrålningen mot projektionslinsen.

Figur 4 innefattar ljuskällan 14, retikeln 15 anordnad i projektionslinsens 11 fokalplan 16 och stråldelaren 9. Ljuskällan 14 genererar ensningsstrålningen, vilken medges passera genom retikeln 15, stråldelaren 9 och projektionslinsen 11 på samma sätt som beskrivits ovan.

Laserdioden 4 för generering av simulerstrålningen är anordnad i förhållande till övriga komponenter så att simulerstrålningen medges passera en gång genom det stråldelande skiktet 10 innan strålningen når en i huvudsak positiv eller negativ optiskt komponent 19 i form av åtminstone en diffraktiv eller asfäriskt reflekterande yta. Simulerstrålningen reflekteras i denna optiska komponent 19 tillbaka till stråldelaren, där en andel av simulerstrålningen reflekteras mot projektionslinsen såsom beskrivits ovan. Hänvisningssiffra 20 anger ett 10 15 20 25 30 519 186 6 virtuellt fokalplan för projektionslinsen i en optisk väg med reflexion i stråldelaren.

Funktionen i detta utförande är exakt densamma som de visade i anslutning till figur 2 och 3.

Den optiska komponenten 6, 17, 19 i varje beskriven utföringsform är utformad så att simulerstrålningens strållob när strålningen lämnat projektionslinsen 11 i simulatorn 1 skall ha ett huvudsakligen cirkulärt tvärsnitt 21 utefter hela sin längd med konstand diameter utefter hela längden från ett avstånd Rmin beläget ungefär 5 till 10 meter från simulatorn till maximal räckvidd Rmax som för olika applikationer vanligen är mellan 300 m och 1200 m från simulatorn, såsom framgår av figur 5. Den konstanta diametern är karaktäristiskt 0,3m till 1,0m och företrädesvis cirka 0,5m i en tillämpning där målet är en infanterisoldat. intensiteten för denna idealiska lob definieras således av följande samband, där avståndet R är ett avstånd från simulatorn utefter simuleraxeln 5 och Rmin < Ri < Rmax: uni) = E, * Rï/razi) för or(Ri)=r/Ri, ger en furrirriorr m), där E, är målets detekteringströskel, T(R¿) är atmosfärstransmittansen för ett valt väderleksförhållande, ot(R¿) är radiella vinkeln från strållobens symmetriaxel (=simuleraxeln 5) för vilken intensiteten är I(R¿) och r är halva målytans diameter med hänsyn tagen till placering av en eller flera simulerstrålningen detekterande detektor på målet.

En effektfördelning E(0t) erhålles därefter såsom E(0L)=I(0t)/('t*f2) om stråldelaren transmitterar strålningen från detta fokalplan mot projektionslinsen, eller som E(0t)=I(oL)/( p*f2) om stråldelaren reflekterar strålningen från fokalplanet, där f är det optiska systemets effektiva fokallängd och *c och p är produkten av det optiska systemets transmittans och stråldelarens transmittans respektive reflektans Strålningseffekten P som passerar det andra fokalplanet genom en delyta med en radie y centrerad kring den optiska axeln är integralen från O till y/f av (E(0L)*2*1t*0t*d0t). 10 15 20 25 30 519 186 7 Strålningseffekten PS som passerar den diffraktiva/asfariska ytan genom en delyta med radien x centrerad kring optiska axeln är integralen från O till x/a av (IS(6)*2*1t*6*d6), där IS(0) är strålningsintensiteten från laserdioden i en riktning som bildar vinkeln 6 med den optiska axeln och där a är avståndet mellan laserdioden och den diffraktiva/asfäriska ytan. Strålningen från laserdioden förutsätts approximativt rotationssymmetrisk inom ett begränsat vinkelområde nära den optiska axeln.

Genom att sätta PS=P och låta x växa från 0 (=optiska axeln) kan lutningen dz/dx för en asfärisk yta mellan två medier med olika brytningsindex n; respektive n; beräknas i varje punkt på avståndet x från optiska axeln med hjälp av brytningslagen n1*sin(ß1)= n2*sin(ß2) och formeln y=6*(a+b)-b*(ß1-ß2). Ytans höjd mätt parallellt med den optiska axeln z(x) erhålls genom integration av lutningen, se figur 6.

För en diffraktiv yta mellan två medier med brytningsindex n 1 respektive n; erhålls fasfunktionen q)(x)=z(x)*2*1t*(n1-n2)/7t där Ä är strålningens våglängd.

Om den diffraktiva ytan ges en form enligt figur 7 (kinoform) kan alla ordningar utom första ordningens diffraktion undertryckas.

Vi har nu beskrivit ett antal typer av optiska komponenter användbara för att skapa en önskad lobform och generellt hur de optiska komponenterna skall vara formade för att erhålla önskade egenskaper hos simulerstrålloben. I ett alternativt utförande är den optiska komponenten ersatt med en strålomformande anordning av alternativt slag inrättad att modulera simulerstrålningen för att erhålla önskad strållobform.

Det är möjligt att införa diffraktiva eller asfäriskt refraktiva optiska komponenter exempelvis i en skjutsimulator såsom angiven i WO0O/53993 för att forma simulerstrålningen så att den utefter en sträcka på simuleraxeln från ett givet avstånd Rmin från simulatorn till maxräckvidd Rmax har en lob, vars diameter är huvudsakligen konstant.

Claims (1)

1. 0 20 25 30 PATENTKRAV En för simulering av skjutning inrättad simulator, som är avsedd att monteras på ett vapen med riktmedel, vilken simulator innefattar en sändare för simuleringsstrålning och en sändaranordning för ensstrålning, vilken anordning innefattar en retikel anordnad i ett första fokalplan till ett optiskt system, kännetecknar! av att det optiska systemet innefattar medel för stråldelning, varvid det optiska systemet har ett andra fokalplan. Simulator enligt patentkrav 1, kännetecknad av att sändaren för simulerstrålningen är anordnad i en optisk väg eller dess förlängning innefattande det andra fokalplanet. Simulator enligt patentkrav 2, kännetecknad av att de stråldelande medlens transmittans respektive reflektans är våglängdsberoende. Simulator enligt patentkrav 1, kännetecknad av att simulerstrålningen är elektromagnetisk och sändaren av simulerstrålningen en laserdiod. Simulator enligt patentkrav l, kännetecknad av att en optisk fiber är anordnad i strålgången efter sändaren för simulerstrålningen. Simulator enligt patentkrav 2, kännetecknad av att medel är anordnade i simulerstrålningens strålgång inrättade att forma strålningen så att dess strållob uppvisar en förutbestämd form inom ett stort avståndsområde från ett givet minsta avstånd (Rmm) från simulatorn huvudsakligen till en maxräckvidd (Rmax) för simulerstrålningen. Simulator enligt patentkrav 6, kännetecknad av att inom avståndsornrådet har strålloben en huvudsakligen konstant diameter. Simulator enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknad av att de strålformande medlen innefattar en optisk komponent. Simulator enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den optiska komponenten innefattar 10 15 10. ll. 12. 13. 14 519 186 __.-' "zf q ............ .. . åtminstone en diffraktiv transmitterande yta. Simulator enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den optiska komponenten innefattar åtminstone en diffraktiv reflekterande yta. Simulator enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den optiska komponenten innefattar åtminstone en asfärisk refraktiv yta. Simulator enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den optiska komponenten innefattar åtminstone en asfarisk reflektiv yta. Simulator enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den optiska komponentens form är vald efter beräkningar med geometrisk optik. . Simulator enligt patentkrav 9 eller 10, kännetecknad av att den diffraktiva ytans form är vald efter beräkningar med Fourier-transform.