CH678760A5 - - Google Patents

Description

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CH 678 760 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine optische Signalstrecke mit einer ersten Station zum Aussenden, Reflektieren und/oder Empfangen von optischer Strahlung und einer zweiten Station zum Aussenden und/oder Empfangen von optischer Strahlung, die der ersten Station um eine Drehachse winkelmässig entsprechend dem empfangenden Strahlungsintensitätsmaximum nachgefühlt ist

Vorgeschlagene optische Signalstrecken dieser Art (deutsche Patentanmeldung P 3 901 876.8 der Anmelderin) können vielfältigen Zwecken dienen. So kann bei einer Ausführungsform von der zweiten Station auf die erste Station ein Lichtstrahl gesandt werden, der von der ersten Station zur zweiten Station zurückreflektiert wird, z.B. mit Hilfe von Retroreftektoren. Bewegt sich nun die erste Station oder bewegt sich ein Gestell, auf dem die zweite Station angeordnet ist, so wird die zweite Station entsprechend dem empfangenen Strahlungsirrtensitäts-maximum nachgeführt. Auf diese Weise kann die Winkelstellung der ersten Station auf die zweite Station z.B. durch einen Drehcodierer abgelesen werden. Die optische Signalstrecke kann aber nicht nur zum Bestimmen von Drehwinkeln verwendet werden, sondern auch zum automatischen Nachführen des Lichtstrahls auf die erste Station, damit hier eine dauernde Signalverbindung aufrechterhalten werden kann, wobei sowohl die erste Station als auch die zweite Station entsprechende Signale aussenden oder empfangen kann. Dabei muss das Ausrichten der zweiten Station nicht über die Reflektion des von der ersten Station reflektierten Lichtsignales erfolgen; die erste Station kann vielmehr auch das Lichtsignal aussenden, dem die zweite Station nachgeführt wird. Wie dies in den genannten Anmeldungen beschrieben ist, kann die Anordnung dabei ohne weiteres so getroffen werden, dass in der zweiten Station die delektierten Signale nicht über Drehkontakte geführt werden müssen, die zu mangelnder Signalübertragungsqualität führen könnten.

Durch die vorgeschlagene Signalstrecke ist eine selbständige, sich ausrichtende optische Strahlkanälführung für Anwendungen wie Übergabe von Azimutwinkeln, Elevationswinkeln und sonstigen Signalen und Aufnahme von Signalen» Audio- und Digitalsignalen, vorzugsweise der computergenerierten Bildverarbeitung möglich.

Diese vorgeschlagene Lösung entbehrt der Betriebssicherheit (Redundanz) in Fällen, bei denen eine zufällige Strahlabdeckung möglich ist. Eine zufällige Strahlabdeckung würde eine^ Betriebsunterbrechung bedeuten. Für die Azimut-Übergabe zu einer Nebenstation bedeutet dieses einen erneuten Suchlauf, der die Funktion solange aussetzt, bis ein neues «lock-on» signaltechnisch herbeigeführt wurde. Für Übernahme von Signalen z.B. für Zwecke der Bildverarbeitung und wiederholten Darstellung (video oder audio usw.) bedeutet dies eine Unterbrechung der Mission.

Die Unterbrechung des Verbindungskanals kann verursacht werden durch Hebel, Gestänge (Maschineneinsatz), Blattgrün, Laub bei Aussen-einsatz und bei Anwendungen der Simulation, beispielsweise Schusssimulation. Hindernde Gegenstände, auch durch den Strahlengang geführte Gegenstände, Personen oder aber auch Abschattungen durch aufgerichtete Waffen usw. können sehr leicht die geschilderten äusserst nachteiligen Probleme auslösen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Signalstrecke der eingangs genannten Art zu schaffen, die weitgehende Sicherheit gegen Unterbrechung des Strahlengangs und damit der Signalstrecke hat.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die zweite Station mindestens zwei Eintritts-/ Austrittsfenster für die optische Strahlung aufweist, die in einem Abstand von der Drehachse angeordnet sind. Der Strahiengang wird daher in zwei Strahlengänge aufgeteilt. Wird eins der beiden Fenster abgedeckt, so besteht die Verbindung weiterhin über das andere Fenster. Der Abstand der Fenster kann dabei so gross gemacht werden, dass nicht gleichzeitig beide Fenster durch die genannten Gegenstände, Personen, Teile von Waffen usw. abgedeckt werden können. Der Abstand der beiden Austrittsfenster voneinander kann dabei für vorgegebene Anwendungen fest sein oder aber veränderbar sein. Zweckmässigerweise sollten die Austrittsfenster einen möglichst grossen Abstand voneinander haben, wobei es besonders zweckmässig ist, wenn sie auf verschiedenen Seiten der Drehachse angeordnet sind.

Um die Redundanz zu erhöhen, können mehr als zwei Eintritts-/Austrittsfenster, insbesondere drei solcher Fenster vorgesehen sein. So könnten z.B. zwei Austrittsfenster gleichen Abstand von der Drehachse aufweisen, während das dritte Austrittsfenster auf oder vor der Drehachse vorgesehen ist. Das dritte Austrittsfenster könnte dabei axial in bezug auf die Drehachse gegenüber den anderen Fenstern verschoben sein, also z.B. wesentlich höher angeordnet sein.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind jedem Eintritts-/Austrittsfenster separate Detektoren/Lichtquellen für optische Strahlung zugeordnet, die mit einer gemeinsamen Steuer-/Auswerte-schaltung verbunden sind. Andererseits kann bei einer weiteren zweckmässigen Ausführungsform vorgesehen sein, dass den Eintritts-ZAustritts-fenstern über Strahlteiler gemeinsame Detektoren/Lichtquellen für optische Strahlung zugeordnet sind. Durch die Anordnung und Auswahl der optischen Weglänge und Abbildung auf positionsempfindliche Detektoren lässt sich die opto-elektroni-sche Auswertqualität in an sich bekannter Weise einstellen.

Aber auch eine Kombination ist möglich, indem den Eintritts-/Austrittsfenstern teils separate, teils über Strahlteiler gemeinsame Detektoren/Lichtquellen für optische Strahlung zugeordnet sind.

Die Strahlteiler können in einem gerätetechnisch bezugsfesten Teil angeordnet sein.

An den Eintritts-/Austrittsfenstem sind zweckmässigerweise Linsenanordnungen zum Fokussieren der optischen Strahlung vorgesehen.

Befindet sich die zweite Station in grosser Entfernung von der ersten Station» so werden die

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Strahlengänge in der Nähe der ersten Station überlappen, auch wenn die Strahlen von den beiden Fenstern parallel verlaufen. Zweckmässigerweise ist aber vorgesehen, die Strahlen von den beiden Fenstern nicht parallel zu machen, sondern gezielt auf die Punktquelle der ersten Station zu richten.

Die entsprechende Einstellung kann durch Verstellung eines Umlenkspiegels mit einer Stellschraube zu bewirken sein, die mit einer Entfernungsskala zusammenwirkt. Ist die Entfernung zwischen den beiden Stationen bekannt, so können die Strahlen auf diese Weise sehr leicht so eingestellt werden, dass sie am Ort der ersten Station aufeinanderfal-len (ohne Paralaxe).

Zweckmässigerweise ist ein Winkelcodierer vorgesehen, der den jeweiligen Austrittswinkel ermittelt, wobei der vom Winkelcodierer gemeldete Stellwert bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Quelle für optische Strahlung, insbesondere einem Diodenlaser zugeführt wird, die bzw. der den Wert in kodierter Form an die erste Station sendet.

Die zweite Station kann axial mit einem drehbaren Gestell ausgerichtet sein, das insbesondere Teil einer Geschützlafette oder der Drehtisch einer Maschine ist. Auf diese Weise können die Drehwinkel dieser drehbaren Teile gemessen werden.

Zweckmässigerweise ist die Drehachse lotrecht. Führt das Gestell, an der die zweite Station angeordnet ist, schwankende Bewegungen aus, so kann die zweite Station an einem Pendellager befestigt sein, so dass die Drehachse automatisch immer die lotrechte Richtung einnimmt.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemässe Einrichtung auch für Messung und/oder Verfolgung von Elevationswinkeln eingesetzt werden kann bei entsprechender 90° versetzter Montage und auch als Kombination für Azimut/Elevation bei Bedarf einsetzbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip der optischen Signalstrecke,

Fig. 2 die Anwendung der optischen Signalstrecke bei einem Geschütz;

Fig. 3 im Schnitt von oben die Strahlführung von den beiden Austrittsfenstern;

Fig. 4 die Ausführungsform der Fig. 3 im Schnitt von vorne;

Fig. 5 und 6 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 4 zwei weitereAusführungsformen; und

Fig. 7 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 3 eine weitere Ausführungsform.

Es soll zunächst im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 das Prinzip der optischen Signalstrecke und eine Anwendung beschrieben werden, ohne dass auf die besonderen erfindungswesentlichen Merkmale der zwei oder mehr Eintritts-/Austrittsfenster eingegangen wird. Diese erfindungswesentiichen Merkmale werden dann weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 7 beschrieben.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist ein Gehäuse (Stator) 1 auf, in dem mit Hilfe einer Lagerung 2 eine Halterung (Rotor) 3 so gelagert ist, dass sie um eine vertikale Achse 4 gedreht werden. Die Halterung 3 trägt dabei einen Zahnkranz 5, in den ein 5 Ritzel 6 eingreift, das von einem Motor 7 angetrieben ist. Fest mit dem Motor 7 verbunden ist noch ein Drehwinkeldetektor 8, z.B. ein Encoder, der über eine Leitung 9 Meldungen über den Drehwinkel abgibt.

10' Im Gehäuse 1 ist unten eine Lichtquelle 10 vorgesehen, die über Versorgungsleitungen 13 mit Energie versorgt wird. Falls Signale abgegeben werden sollen, kann die Lichtquelle 10 über nicht gezeigte Einrichtungen auch mit einer Kodierung moduliert 15 werden. Das Licht der Quelle 10 wird über eine Linse 19 gebündelt und veriässt nach Umlenkung um 90° die Halterung 3 und damit die zweite Station durch das Austrittsfenster 11 in Form eines Lichtstrahles 18. Dieser Lichtstrahl bzw. dieses Lichtbündel trifft 20 auf einen Reflektor 15, z.B. einen Retroreflektor, der an der zweiten Station 17 mit Hilfe eines Stabes 16 gehalten ist. Der reflektierte Lichtstrahl 20 gelangt auf demselben Wege durch das Fenster 11 in die zweite Station zurück und wird zunächst durch 25 den Spiegel 14 um 90° nach unten abgelenkt. Anschliessend trifft der Strahl dann auf einen weiteren Spiegel 22, mit dem er in Horizontalrichtung umgelenkt wird. Das Licht wird dann durch eine Linse 21 gebündelt und trifft auf einen Detektor 23. 30 Fällt das Licht nicht genau auf das Zentrum des Positionsdetektors 23, so wird dies durch eine Nachführschaltung 24 detektiert, die den Motor 7 so betätigt, dass das Lichtbündel 18 wieder genau auf den Spiegel 15 gerichtet wird. Auf diese Weise 35 wird also das Gehäuse 3 mit dem darin angeordneten Komponenten genau der Drehbewegung des Teiles 17 nachgeführt. Der entsprechende Drehwinkel kann am Anschluss 9 vom Drehwinkeldetektor 8 abgenommen werden.

40 Es versteht sich, dass der Spiegel 22 teildurchlässig sein muss, während der obere Spiegel 14, der in der Nähe des Fensters 11 angeordnet ist, voll reflektierend ist. Dieser Spiegel 14 wird bei der erfin-dungsgemässen Ausführungsform durch Elemente 45 ersetzt, die weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 7 beschrieben werden. Die Ausführungsform der Fig. 1 zeichnet sich dadurch aus, dass keine Schleifringkontakte für die Signalübertragung erforderlich sind.

50 Ist das Signal der Lichtquelle 10 mit Information kodiert, so kann dies bei der ersten Station durch einen Detektor 29 detektiert werden, wobei die Signale durch eine Auswerteschaltung 30 weiterverarbeitet werden.

55 Andererseits kann aber das Element 29 auch eine Einrichtung zum Abgeben von Lichtsignalen sein, die durch die Schaltung 30 kodiert sind. Diese Signale werden dann ebenfalls vom Detektor 23 detektiert und durch eine Auswerteschaltung 31 aus-60 gewertet sowie durch eine Anzeige 32 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wurde sowohl für die Nachführung als auch für die Signaldetektion nur ein Detektor 23 vorgesehen; es ist aber auch möglich, für beide Zwecke unterschiedliche Detektoren 65 vorzusehen.

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Sendet das Element 29 Licht aus, so kann die Nachführung der Halterung 3 auch mit Hilfe des Lichtes erfolgen, das vom Teil 29 ausgesendet ist. Die Lichtquelle 10 ist dann nur erforderlich, falls auch von der zweiten Station zur ersten Station Signale übertragen werden sollen.

In Fig. 2 ist eine Anwendung gezeigt, bei der auf einer feststehenden Unterlafette 25 eine drehbare Mittellafette 26 angeordnet ist, auf der wiederum vertikal schwenkbar ein Geschützrohr 27 befestigt ist. An der Mittellafette ist das Gehäuse 1 einer er-findungsgemässen Vorrichtung vorgesehen, die ihre Lichtstrahlen 18 auf einen Spiegel 15 schickt, der am Geschützrohr 17 befestigt ist. Der vom Spiegel 15 reflektierte Lichtstrahl 20 wird dann in die Vorrichtung 1 zurückgeworfen. Auf diese Weise kann wie oben beschrieben der Schwenkwinkel des Geschützes 27 bestimmt werden.

Das Gehäuse 1 einer weiteren zweiten Station einer zweiten Übertragungsstrecke ist in der Fig. 2 links an der Mittellafette 26 befestigt und sendet ihr Licht 18 links auf einen Retroreflektor 28, der den bisher erwähnten Spiegel 15 entspricht und der in einiger Entfernung vom Geschütz aufgestellt ist. Mit Hilfe des reflektierten Lichtstrahls kann dann ebenfalls in der oben beschriebenen Weise der Drehwinkel der Mittellafette 26 bestimmt werden.

Am Rand des Retroreflekiors 28 ist eine Lichtquelle 29 vorgesehen, deren Licht über eine Schaltung mit Daten, Audio- und Videoinformation für die Gefechtssimulation moduliert werden kann. Die Information wird dann von der auf der Oberlafette festmontierten Vorrichtung 1 gemessen, deren Lichtstrahl 18 auf den Retroreflektor 28 gerichtet und nachgeführt ist. Die information kann dann z.B. in einer Visiereinrichtung 32 oder dergleichen sichtbar gemacht werden.

Statt der besagten besonderen Lichtquelle für Ausrichtung kann auch die Quelle aus optischen Signalgebern für die Ausrichtung benutzt werden.

Erfindungsgemäss ist nun nicht nur ein Austrittsfenster 11 an der zweiten Station vorgesehen, sondern mindestens zwei solcher Austrittsfenster 11. Zu diesem Zweck weist die drehbare Halterung 3, die am Gehäuse 1 befestigt ist, oben ein längliches Gehäuse 33 auf, das senkrecht auf der Drehachse 4 steht und an seinen Enden mit zwei Eintritts-/Aus-trittsfenstern 11 für die optische Strahlung versehen ist. Vor diesen Austrittsfenstern 11 befinden sich Linsen 34; hinter den Austrittsfenstern 11 sind Umlenkprismen 35 vorgesehen, die das Licht in Richtung auf die Achse 4 umlenken. Dort wird, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, durch zwei weitere Prismen das Licht nach unten gelenkt, so dass es auf die in Fig. 1 gezeigten Teile für die Detektion fallen kann. Umgekehrt wird das Licht, das von der Lichtquelle 10 kommt, durch die Prismen 36 abgelenkt und dann durch die Prismen auf die erste Station 17 gerichtet

Wie dies in Fig. 3 übertrieben dargestellt ist, sind die beiden Lichtstrahlen 18 aus den beiden Fenstern 11 nicht parallel, sondern so gerichtet, dass sie am Ort der ersten Station 17 zusammenfallen. Die Einstellung kann dabei durch Verstellen des Primas 35 mit Hilfe einer Stellschraube 37 vorgenommen werden, die noch mit einer Skala versehen sein kann, die auf die Entfernung der beiden Stationen kalibriert ist.

Wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, kann die Detektion der Signale, die von der ersten Station 17 abgegeben werden, auch durch Detektoren 38 erfolgen, die an den ersten Prismen 36 angeordnet sind.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 erfolgt die Detektion dieser Signale mit Hilfe von Detektoren 38, die vor den Prismen 35 angeordnet sind. Die Lichtstrahlen, die auf die Detektoren 38 fallen, sind dabei mit ausgezogenen Linien gezeigt, während die Lichtstrahlen, die nach unten in die Halterung 3 gerichtet werden, gestrichelt dargestellt sind.

Selbstverständlich kann die Ausrichtung der zweiten Station auf die erste Station und die Signalübertragung bei unterschiedlichen Wellenlängen stattfinden, damit die verschiedenen Strahlen sich nicht gegenseitig beeinflussen. Zu diesem Zweck kann z.B. bei 39 ein schmalbandiger Filter 39 für vorbestimmte Wellenlängen vorgesehen sein.

Bei der Ausführungsform der Fig. 6 wird ein Teil des Lichtes nach oben zum Detektor 38 durch die Prismen 35 umgelenkt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 7 sind zwei Prismen 35 hinter jedem Fenster 11 hintereinander angeordnet. Hier findet eine Funktionsaufteilung statt. Von den vorderen der Prismen 35 werden die einkommenden Lichtstrahlen 20 auf ein Prisma 40 gelenkt, von dem sie erneut umgelenkt werden. Nach Bündelung durch eine Linse 41 fallen die Signale dann auf den Detektor 38, der z.B. zur Deco-dierung der von der ersten Station kommenden Signale Verwendung finden kann. Die Nachführung erfolgt aber durch den Lichtweg, der durch die Prismen 36 umgelenkt wird. Auf diese Prismen 36 fällt das Licht 20 nach Umlenkung durch die hinteren der beiden Prismen 35, wobei die vorderen Prismen 35 selbstverständlich einen Teil des Lichtes durchlassen müssen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat sich als äusserst vielseitig und vielfältig verwendbar erwiesen. Insbesondere im Zusammenhang mit der Schusssimulation werden überraschende Vorteile erhalten.

Claims (17)

Patentansprüche

1. Optische Signalstrecke mit einer ersten Station zum Aussenden, Reflektieren und/oder Empfangen von optischer Strahlung und einer zweiten Station zum Aussenden und/oder Empfangen von optischer Strahlung die der ersten Station um eine Drehachse winkelmässig entsprechend dem empfangenen Strahlungsintensitätsmaximum nachgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station mindestens zwei Eintritts-/Austrittsfenster (11) für die optische Strahlung (18, 20) aufweist, die in einem Abstand von der Drehachse (4) angeordnet sind.

2. Optische Signalstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Ein-tritts-/Austrittsfenster (11), insbesondere drei, vorgesehen sind.

3. Optische Signalstrecke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintritts-/

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4. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand veränderbar ist. 5

5. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Eintritts-/Austrittsfenster (11) separate Detektoren/Lichtquellen (38) für optische Strahlung (18,

20) zugeordnet sind, die mit einer gemeinsamen 10* Steuer/Auswerteschaltung verbunden sind.

6. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Eintritts-/Austrittsfenstern (11) über Strahlteiler

(36) gemeinsame Detektoren/Lichtquellen (10, 23) 15 für optische Strahlung (18,20) zugeordnet sind.

7. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Eintritts-/Austrittsfenstern (11) teils separate, teils über Strahlteiler (36) gemeinsame Detekto- 20 ren/Lichtquellen (10, 23, 38) für optische Strahlung

(18,20) zugeordnet sind.

8. Optische Signalstrecke nach Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteiler (36) in einem gerätetechnisch bezugsfesten Teil 25 angeordnet sind.

9. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Eintritts-/Austrittsfenstern (11) Unsenanordnungen (34) zum Fokussieren der optischen Strah- 30 lung (18,20) vorgesehen sind.

10. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (37) zum Ausrichten aller Strahlgänge auf die erste Station vorgesehen sind. 35

11. Optische Signalstrecke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung durch Verstellung eines Umlenkspiegels (35) mit einer Stellschraube (37) bewirkbar ist, die mit einer Entfernungsskala zusammenwirkt. 40

12. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelcodierer (8) vorgesehen ist, der den jeweiligen Ausrichtwinkel ermittelt.

13. Optische Signalstrecke nach Anspruch 12, da- 45 durch gekennzeichnet, dass der vom Winkelcodierer (8) gemeldete Stellwert der Quelle für optische Strahlung (10), insbesondere einem Diodenlaser, zugeführt wird, die bzw. der den Wert in codierter Form an die erste Station (17) sendet. 50

14. Optische Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (4) lotrecht ist.

15. Optische Signalstrecke nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Station an 55 einem Pendellager befestigt ist.

16. Verwendung der optischen Signalstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 13, zum Messen des Drehwinkels eines Teils einer Geschützlafette.

17. Verwendung der optischen Signalstrecke 60 nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Messen des Drehwinkels eines Drehtisches einer Maschine.

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