DE102007019101B4 - Device for detecting an object scene - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1, 1') zur Erfassung einer Objektszene mit einem abbildenden optischen System (2) umfassend eine Eintrittsoptik (3), eine Umlenkoptik (4), und eine strukturfeste Verzweigungsoptik (5), mit einer Anzahl von Detektoreinheiten (27, 38, 39) und mit zumindest einer Emittereinheit (28) zur Emission elektromagnetischer Strahlung, wobei – die Eintrittsoptik (3), die Umlenkoptik (4) und die strukturfeste Verzweigungsoptik (5) bezüglich einer Längsachse (6) hintereinander angeordnet sind, – die Umlenkoptik (4) relativ zur strukturfesten Verzweigungsoptik (5) um die Längsachse (6) drehbar gelagert ist, – die Eintrittsoptik (3) relativ zur Umlenkoptik (4) um eine zur Längsachse (6) im wesentlichen orthogonal angeordnete Nickachse (10) schwenkbar gelagert ist, – die Eintrittsoptik (3) zur Sammlung und Ausrichtung einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf einen Eingangsstrahlengang (8) und zur fokussierten Aussendung von über einen Ausgangsstrahlengang (9) auslaufender elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, – die Umlenkoptik (4) zur optischen Verbindung der Eintrittsoptik (3) mit der Verzweigungsoptik (5) durch Führung des Eingangs-(8) und des Ausgangsstrahlenganges (9) ausgebildet ist, – die strukturfeste Verzweigungsoptik (5) zur frequenz- und/oder polarisationsabhängigen Zerlegung von über den Eingangsstrahlengang (8) einlaufender elektromagnetischer Strahlung und zur Führung von der Emittereinheit (28) emittierter elektromagnetischer Strahlung auf den Ausgangsstrahlengang (9) ausgebildet ist, – zur Separation von einfallender und emittierter elektromagnetischer Strahlung in der Eintrittsoptik (3) eine Aperturtrennung (18) ausgebildet ist, die Aperturtrennung (18) in der Eintrittsoptik (3) eine Mittenausnehmung (19) umfasst, – im Bereich der Mittenausnehmung (19) eine Kollimationsoptik (20) zur Fokussierung emittierter Strahlung ausgebildet ist.Device (1, 1 ') for detecting an object scene with an imaging optical system (2) comprising entry optics (3), deflection optics (4), and structurally robust branching optics (5), comprising a number of detector units (27, 38, 39) and with at least one emitter unit (28) for emitting electromagnetic radiation, wherein - the entrance optics (3), the deflection optics (4) and the structure-fixed branching optics (5) are arranged one behind the other with respect to a longitudinal axis (6), - the deflection optics (4 ) is rotatably mounted about the longitudinal axis (6) relative to the structure-fixed branching optics (5), - the entry optics (3) is mounted pivotably relative to the deflecting optics (4) about a pitch axis (10) which is substantially orthogonal to the longitudinal axis (6); the entry optics (3) for collecting and aligning an incident electromagnetic radiation on an input beam path (8) and for focused emission of an output beam path (9) l Leaves Fender electromagnetic radiation is formed, - the deflection optics (4) for the optical connection of the entrance optics (3) with the branching optics (5) by guiding the input (8) and the output beam path (9) is formed, - the structurally robust branching optics (5) for the frequency- and / or polarization-dependent decomposition of electromagnetic radiation entering via the input beam path (8) and for the guidance of the emitter unit (28) emitted electromagnetic radiation to the output beam path (9), - for the separation of incident and emitted electromagnetic radiation in the Entry optics (3) an aperture separation (18) is formed, the aperture separation (18) in the entrance optics (3) comprises a Mittenausnehmung (19), - in the region of the Mittenausnehmung (19) a Kollimationsoptik (20) for focusing emitted radiation is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene.The invention relates to a device for detecting an object scene.

Es sind Vorrichtungen bekannt, welche zur Erfassung einer Objektszene ausgebildet sind. Solche Vorrichtungen kommen in Systemen der Verteidigung und Aufklärung und des zivilen Objektschutzes zum Einsatz. Eine derartige Vorrichtung umfasst beispielsweise gemäß der WO 2004/066614 A1 ein abbildendes optisches System mit einer Eintrittsoptik, mit einer Umlenkoptik sowie mit einer Anzahl von Detektoreinheiten zur Detektion elektromagnetischer Strahlung bzw. zur Erfassung der Objektszene. Weiterhin sind Systeme bekannt, beispielsweise aus der DE 101 17 147 A1 , die mit einer zusätzlichen aktiven Zielbeleuchtung und mit einer Verzweigungsoptik zur Ausblendung der reflektierten Strahlung ausgestattet sind. Die Lichteinkopplung für eine aktive Zielbeleuchtung ist dabei schwierig in ein Empfangssystem zu integrieren. In der DE 101 17 147 A1 wird dies mit Hilfe einer faseroptischen Zuleitung realisiert, durch die aber nachteiligerweise in Abhängigkeit von der Länge der Zuleitung Dämpfungsverluste entstehen. Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen bei Systemen, welche mit unterschiedlichen Zielbeleuchtungsmoden ausgebildet werden sollen, beispielsweise zur Abstandsmessung im Infrarotbereich oder als Gegenmaßnahme im sichtbaren Spektralbereich.Devices are known which are designed to detect an object scene. Such devices are used in defense and reconnaissance systems and in civil defense systems. Such a device comprises, for example, according to WO 2004/066614 A1 an imaging optical system with an entrance optics, with a deflection optics and with a number of detector units for the detection of electromagnetic radiation or for detecting the object scene. Furthermore, systems are known, for example from the DE 101 17 147 A1 , which are equipped with an additional active target illumination and with a branching optics for the suppression of the reflected radiation. The light coupling for an active target illumination is difficult to integrate in a receiving system. In the DE 101 17 147 A1 this is realized by means of a fiber optic cable, but caused by the disadvantageously depending on the length of the supply line attenuation losses. Additional difficulties arise in systems which are to be formed with different target illumination modes, for example for distance measurement in the infrared range or as a countermeasure in the visible spectral range.

Aus der DE 101 23 050 A1 ist ein Dual-Mode-Suchkopf bekannt, bei welchem eine optische Anordnung einen dichroitischen Strahlteilerwürfel zur frequenzabhängigen Aufteilung von einfallender elektromagnetischer Strahlung auf zwei Detektoren umfasst. Der Strahlteilerwürfel ist dabei zwischen einer Spiegeloptik und den den Detektoren zugeordneten Optiken angeordnet.From the DE 101 23 050 A1 For example, a dual-mode seeker is known in which an optical arrangement comprises a dichroic beam splitter cube for frequency-dependent splitting of incident electromagnetic radiation onto two detectors. The beam splitter cube is arranged between a mirror optics and the optics associated with the detectors.

Aus der US 2005/0179888 A1 ist es bekannt, dass bei Lidar-Systemen beispielsweise Strahlteiler eingesetzt werden, um einerseits die von einem Sender emittierte elektromagnetische Strahlung in eine Objektszene zu richten und andererseits die reflektierte Strahlung auf einen Empfänger zu leiten.From the US 2005/0179888 A1 It is known that in lidar systems, for example, beam splitters are used, on the one hand to direct the electromagnetic radiation emitted by a transmitter in an object scene and on the other hand to direct the reflected radiation to a receiver.

Die DE 42 22 642 A1 zeigt eine bilderfassende Sensoreinheit mit einem passiven und einem aktiven LADAR-Sensor. Für die beiden Sensoren ist eine gemeinsame Abbildungsoptik vorgesehen. Zur Trennung der den passiven Sensor beaufschlagenden elektromagnetischen Strahlung und der rücklaufenden Strahlung des LADAR-Sensors wird auch dort ein Strahlteiler eingesetzt.The DE 42 22 642 A1 shows an image-capturing sensor unit with a passive and an active LADAR sensor. For the two sensors, a common imaging optics is provided. To separate the passive sensor impinging electromagnetic radiation and the returning radiation of the LADAR sensor, a beam splitter is also used there.

Die US 4 024 392 A beschäftigt sich mit einem kardanisch aufgehängten, aktiven optischen System, welches einen Laser zur Beleuchtung von Punkten einer Objektszene, die ebenfalls über das optische System erfassbar ist, umfasst. Die vom Laser emittierte Strahlung wird dabei komplett entkoppelt von der empfangenen elektromagnetischen Strahlung in einem separaten, mehrere Prismen umfassenden Sendepfad.The US 4 024 392 A deals with a gimbaled, active optical system, which comprises a laser for illuminating points of an object scene, which is also detectable via the optical system. The radiation emitted by the laser is thereby completely decoupled from the received electromagnetic radiation in a separate transmission path comprising several prisms.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene anzugeben, welche multimodal einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Lenkflugkörpersystem einen Suchkopf anzugeben, welcher ebenfalls multimodal einsetzbar ist.A first object of the invention is to specify a device for detecting an object scene, which can be used in a multimodal manner. A further object of the invention is to specify a seeker head for a guided missile system, which can likewise be used in a multimodal manner.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Demnach wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene angegeben mit einem abbildenden optischen System, umfassend eine Eintrittsoptik, eine Umlenkoptik, und eine strukturfeste Verzweigungsoptik, mit einer Anzahl von Detektoreinheiten und mit zumindest einer Emittereinheit zur Emission elektromagnetischer Strahlung, wobei die Eintrittsoptik, die Umlenkoptik und die strukturfeste Verzweigungsoptik bezüglich einer Längsachse hintereinander angeordnet sind, wobei die Umlenkoptik relativ zur strukturfesten Verzweigungsoptik um die Längsachse drehbar gelagert ist, wobei die Eintrittsoptik relativ zur Umlenkoptik um eine zur Längsachse im wesentlichen orthogonal angeordneten Nickachse schwenkbar gelagert ist, wobei die Eintrittsoptik zur Sammlung und Ausrichtung einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf einen Eingangsstrahlengang und zur fokussierten Aussendung von über einen Ausgangsstrahlengang auslaufender elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, wobei die Umlenkoptik zur optischen Verbindung der Eintrittsoptik mit der Verzweigungsoptik durch Führung des Eingangs- und des Ausgangsstrahlenganges ausgebildet ist, und wobei die strukturfeste Verzweigungsoptik zur frequenz- und/oder polarisationsabhängigen Zerlegung von über den Eingangsstrahlengang einlaufender elektromagnetischer Strahlung und zur Führung von der Emittereinheit emittierter elektromagnetischer Strahlung auf den Ausgangsstrahlengang ausgebildet ist.The first object is achieved by the features of the first claim. Accordingly, a device for detecting an object scene is provided with an imaging optical system, comprising an entry optics, a deflection optics, and a structure-fixed branching optics, with a number of detector units and at least one emitter unit for emitting electromagnetic radiation, wherein the entrance optics, the deflection optics and the structurally fixed branching optics are arranged one behind the other with respect to a longitudinal axis, the deflecting optics being mounted so as to be pivotable about the longitudinal axis relative to the structure-fixed branching optic, the entrance optic being mounted pivotably relative to the deflecting optic about a pitch axis substantially orthogonal to the longitudinal axis, the entrance optics for collecting and aligning one incident electromagnetic radiation is formed on an input beam path and for the focused emission of emanating via an output beam path electromagnetic radiation, wherein the Uml enkoptik for the optical connection of the entrance optics with the branching optics by guiding the input and the output beam path is formed, and wherein the structurally robust branching optics for frequency- and / or polarization-dependent decomposition of incoming via the input beam path electromagnetic radiation and the guidance of the emitter unit emitted electromagnetic radiation the output beam path is formed.

Der Erfindung geht von der Überlegung aus, den Eingangsstrahlengang und den Ausgangsstrahlengang über ein und dasselbe abbildende optische System zu führen. Einkopplungsverluste und Dämpfungsverluste durch eine faseroptische Zuleitung, die konstruktiv an dem Eingangsstrahlengang vorbeizuführen sind, können dadurch vermieden werden. Auch Variationen der Transmission einer optischen Faser durch deren Bewegung werden hierdurch vermieden. Durch die schwenkbare Anordnung ist die Eintrittsoptik in jede beliebige Raumrichtung des vor der Eintrittsoptik liegenden Halbraums ausrichtbar. Der Eingangsstrahlengang kann hierbei insbesondere von mehreren passiven Sensor-Kanälen und als Empfangskanal für die aktive Sensorik genutzt werden.The invention is based on the idea of guiding the input beam path and the output beam path via one and the same imaging optical system. Coupling losses and loss of attenuation by a fiber optic cable, which are constructive to pass by the input beam path can be avoided. Variations of the transmission of an optical fiber by their movement are thereby avoided. Due to the pivotable arrangement, the entry optics can be aligned in any spatial direction of the half-space located in front of the entrance optics. The input beam path can hereby In particular, be used by several passive sensor channels and as a receiving channel for the active sensors.

Entsprechend der Erfindung sind in dem abbildenden optischen System der Eingangsstrahlengang und der Ausgangsstrahlengang durch eine Aperturtrennung in der Eingangsoptik voneinander separiert, wodurch ein geringes Übersprechen einer aktiv emittierten Strahlung auf den Empfangspfad und somit auf die Detektoren gewährleistet wird. Ein zurückgesendeter Anteil der aktiv emittierten Strahlung kann dennoch über den Eingangsstrahlengang mittels der Abzweigoptik registriert werden.According to the invention, in the imaging optical system the input beam path and the output beam path are separated from each other by an aperture separation in the input optics, whereby a low crosstalk of an actively emitted radiation on the reception path and thus on the detectors is ensured. A returned portion of the actively emitted radiation can nevertheless be registered via the input beam path by means of the branching optics.

Die Aperturtrennung ist im Bereich der Eintrittsoptik durch eine dort ausgebildete Mittenausnehmung realisiert. Das von der Emittereinheit abgestrahlte Licht wird dabei über den Ausgangsstrahlengang in die Mittenausnehmung geleitet.The aperture separation is realized in the region of the entrance optics by a center recess formed there. The light emitted by the emitter unit light is guided via the output beam path in the center recess.

Weiterhin ist erfindungsgemäß im Bereich der Mittenausnehmung eine Kollimationsoptik zur Fokussierung der emittierten Strahlung ausgebildet. Diese Kollimationsoptik ist zweckmäßigerweise verstellbar ausgeführt, so dass der Divergenzwinkel der Abstrahlung in Abhängigkeit von der Anwendung eingestellt werden kann. Dies ist insbesondere bei multimodalen Applikationen der Vorrichtung von Bedeutung. So ist beispielsweise zur Objekterkennung und Abstandsermittlung des Objektes ein großer Divergenzwinkel günstig, da der durch Strahlung aktiv überwachbare Raumsektor dadurch entsprechend groß wird. Wird dagegen beispielsweise als Gegenmaßnahme Licht in eine vorgegebene Richtung abgestrahlt, so ist eine enge Bündelung des Strahls mit entsprechend kleinem Divergenzwinkel wünschenswert.Furthermore, according to the invention, a collimating optics for focusing the emitted radiation is formed in the region of the central recess. This collimating optic is expediently made adjustable, so that the divergence angle of the radiation can be adjusted depending on the application. This is especially important in multimodal applications of the device. Thus, for example, a large divergence angle is favorable for object recognition and determination of the distance of the object, since the space sector actively monitored by radiation becomes correspondingly large. On the other hand, if, for example, light is emitted in a predetermined direction as a countermeasure, close bundling of the beam with a correspondingly small divergence angle is desirable.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Eintrittsoptik als eine Cassegrain-Optik ausgebildet. Eine solche Optik umfasst einen parabolisch gekrümmten Hohlspiegel, welcher einfallende Strahlung sammelt und auf einen kleineren, vor dem Hohlspiegel positionierten, konvex gekrümmten Spiegel umlenkt. Von diesem konvexen Spiegel wird die Strahlung dann durch eine zentrale Ausnehmung des Hohlspiegels über den Eingangsstrahlengang zur Weiterverarbeitung geführt. Eine Cassegrain-Optik hat den Vorteil, dass durch die Umlenkung der Strahlung mit Spiegeln eine hohe Brennweite bei einer zugleich relativ geringen Gesamtlänge der Optik erreichbar ist. Somit ist die Cassegrain-Optik insbesondere für schwenkbare Systeme, deren Schwenkbereich aus konstruktiven und/oder technischen Gründen räumlich beschränkt ist, besonders geeignet.In an expedient embodiment of the device, the entry optics is designed as a Cassegrain optic. Such optics include a parabolically curved concave mirror which collects incident radiation and redirects it to a smaller, convexly curved mirror positioned in front of the concave mirror. From this convex mirror, the radiation is then passed through a central recess of the concave mirror via the input beam path for further processing. A Cassegrain optics has the advantage that by the deflection of the radiation with mirrors a high focal length can be achieved with a relatively small total length of the optics. Thus, the Cassegrain optics is particularly suitable for pivotable systems whose pivotal range is spatially limited for structural and / or technical reasons.

Bei der Eintrittsoptik führen sowohl der Eingangsstrahlengang als auch der Ausgangsstrahlengang durch die zentrale Ausnehmung des Hohlspiegels. Die Mittenausnehmung der Eintrittsoptik ist bei der Cassegrain-Optik durch eine weitere, zentrale und kreisförmige Ausnehmung in dem konvexen Spiegel gegeben. Innerhalb dieser letzten Ausnehmung ist die Kollimationsoptik angeordnet. Von außen betrachtet bildet der konvexe Spiegel eine ringförmige Blende, die die Aperturtrennung vorgibt.In the entrance optics, both the input beam path and the output beam path lead through the central recess of the concave mirror. The central recess of the entrance optics is given in the Cassegrain optics by another, central and circular recess in the convex mirror. Within this last recess, the collimation optics is arranged. Viewed from the outside, the convex mirror forms an annular aperture which defines the aperture separation.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Eintrittsoptik eine Anordnung mit einer Anzahl von Spiegeln und/oder Prismen. Mit solchen kann der Eingangsstrahlengang und der Ausgangsstrahlengang derart umgelenkt werden, dass ein verzerrungsfreier und insbesondere von der Nickbewegung der Eintrittsoptik unabhängiger Übergang beider Strahlengänge zwischen der Eintrittsoptik und der Umlenkoptik dargestellt ist.In a particularly preferred embodiment, the entrance optics comprise an arrangement with a number of mirrors and / or prisms. With such, the input beam path and the output beam path can be deflected such that a distortion-free transition of both beam paths between the entrance optics and the deflection optics, which is independent of the pitch movement of the entry optics, is shown.

Die Umlenkoptik, welche zwischen der Eintrittsoptik und der Verzweigungsoptik angeordnet und zur optischen Verbindung beider Optiken ausgebildet ist, indem der Eingangs- und des Ausgangsstrahlengang über die Umlenkoptik geführt wird, umfasst vorzugsweise ebenfalls eine Anordnung mit einer Anzahl von Spiegeln und/oder Prismen. Die Umlenkoptik dient dazu, die Strahlungssignale von der um die Nickachse schwenkbaren und gemeinsam mit der Umlenkoptik um die Längs- oder Rollachse drehbaren Eintrittsoptik auf die strukturfeste Verzweigungsoptik so zu übertragen, dass die Signale durch die Verschwenkbewegungen nicht verzerrt oder gestört werden.The deflection optics, which is arranged between the entrance optics and the branching optics and designed for the optical connection of both optics by the input and the output beam path is guided over the deflection optics, preferably also comprises an arrangement with a number of mirrors and / or prisms. The deflection optics serve to transmit the radiation signals from the entry axis, which can be pivoted about the pitch axis and rotate together with the deflection optics about the longitudinal or roll axis, onto the structure-fixed branching optics so that the signals are not distorted or disturbed by the pivoting movements.

Da die Umlenkoptik relativ zur strukturfesten Verzweigungsoptik um die Längs- oder Rollachse drehbar gelagert ist, wird vorteilhafterweise der Eingangsstrahlengang und der Ausgangsstrahlengang zwischen der Umlenkoptik und der Verzweigungsoptik koaxial zur Längsachse geführt, da ein Strahlungssignal dabei durch eine Relativdrehung nicht beeinflusst wird. Die optische Achse des abbildenden optischen Systems liegt somit koaxial zur Längsachse. Da weiterhin die Eintrittsoptik relativ zur Umlenkoptik um die Nickachse schwenkbar gelagert ist, umfasst die Eintrittsoptik vorteilhafterweise einen Umlenkspiegel oder ein Umlenkprisma, der bzw. das den Eingangsstrahlengang und den Ausgangsstrahlengang um im Wesentlichen 90° umlenkt und auf einem Abschnitt koaxial zur Nickachse führt. Auf diesem Abschnitt findet der Übergang der Strahlengänge auf die Umlenkoptik statt, da ein Strahlungssignal durch diese optische Führung bei einer relativen Schwenkbewegung unbeeinflusst bleibt. Mit einer geeigneten Anordnung von Spiegeln und/oder Prismen werden in der Umlenkoptik die Strahlengänge zwischen den Übergangsstellen zur Eintrittsoptik und zur Verzweigungsoptik geführt.Since the deflecting optics is mounted rotatably relative to the structure-fixed branching optics about the longitudinal or roll axis, the input beam path and the output beam path between the deflecting optics and the branch optics are advantageously guided coaxially to the longitudinal axis, since a radiation signal is not influenced by a relative rotation. The optical axis of the imaging optical system is thus coaxial with the longitudinal axis. Further, since the entrance optics is pivotally mounted relative to the deflection optics about the pitch axis, the entrance optics advantageously comprises a deflection mirror or a deflection prism, which deflects the input beam path and the output beam path by substantially 90 ° and leads coaxially to the pitch axis on a portion. In this section, the transition of the beam paths takes place on the deflection optics, since a radiation signal remains unaffected by this optical guidance in a relative pivoting movement. With a suitable arrangement of mirrors and / or prisms, the beam paths between the transition points to the entrance optics and the branching optics are guided in the deflection optics.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die Umlenkoptik eine Anordnung von Linsen zur Erzeugung eines Zwischenbildes. Ein solche Linsenanordnung erlaubt eine Konvergenzkorrektur der Strahlengänge und somit eine relative Toleranz bei der Längengestaltung der Umlenkoptik. In a development of the device, the deflection optics comprises an arrangement of lenses for producing an intermediate image. Such a lens arrangement allows a convergence correction of the beam paths and thus a relative tolerance in the length design of the deflection optics.

Die Verzweigungsoptik dient zur Trennung der passiven von aktiven Empfangskanälen. Die Trennung kann dabei mittels eines geeigneten Strahlteilers oder dergleichen erfolgen. Zweckdienlicherweise umfasst die strukturfeste Verzweigungsoptik ein Prisma oder eine Prismenanordnung, welches bzw. welche zumindest eine teilverspiegelte Innenfläche zur polarisations- und/oder zur frequenzabhängigen Zerlegung des Eingangsstrahlenganges in zumindest zwei separate Strahlengänge umfasst. Dabei kann die oder jede teilverspiegelte Innenfläche als Polarisationsfilter und -reflektor fungieren, beispielsweise derart dass zirkular polarisiertes Licht so aufgespalten wird, dass der Lichtanteil mit einer Polarisationsrichtung transmittiert wird und der komplementäre Lichtanteil mit transversaler Polarisationsrichtung reflektiert wird. Entsprechend kann die oder jede Fläche als selektiver Filter ausgebildet sein, beispielsweise als ein Schmalbandfilter, der nur Licht in einem schmalen Frequenzband transmittieren lässt und den Rest zurückreflektiert, oder umgekehrt als ein Schmalbandreflektor. Bei mehreren teilverspiegelten Innenflächen, beispielsweise in einem Strahlteilerwürfel, kann eine Vielfachaufspaltung des Lichtes in unterschiedliche Polarisations- und Frequenzanteile erfolgen, beispielsweise kann infrarotes und/oder ultraviolettes Licht und/oder linear polarisiertes sichtbares Licht und/oder dergleichen mehr in separate Strahlengänge aufgespalten und einer separaten Weiterverarbeitung zugeführt werden. Eine separate Verarbeitung der Strahlungsanteile ist insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungsmoden der Vorrichtung wünschenswert und erforderlich. Dabei ist zweckmäßigerweise zumindest ein separater Strahlengang und eine Detektoreinheit für Infrarotlicht eingerichtet, da Infrarotlicht als Wärmestrahlung überall vorhanden ist und somit mittels einer passiven Sensorik verarbeitbar für Aufklärungszwecke besonders geeignet ist.The branch optics serve to separate the passive from active receive channels. The separation can take place by means of a suitable beam splitter or the like. The structure-fixed branching optical system expediently comprises a prism or a prism arrangement which comprises at least one partially mirrored inner surface for polarization- and / or frequency-dependent decomposition of the input beam path into at least two separate beam paths. In this case, the or each teilverspiegelte inner surface function as a polarizing filter and reflector, for example, such that circularly polarized light is split so that the light component is transmitted with a polarization direction and the complementary light component is reflected with a transverse polarization direction. Accordingly, the or each surface may be formed as a selective filter, for example as a narrow band filter which transmits only light in a narrow frequency band and reflects the remainder back, or vice versa as a narrow band reflector. In the case of several partially mirrored inner surfaces, for example in a beam splitter cube, a multiple splitting of the light into different polarization and frequency components can take place, for example infrared and / or ultraviolet light and / or linearly polarized visible light and / or the like can be split into separate beam paths and a separate beam path Further processing can be supplied. Separate processing of the radiation components is desirable and necessary, in particular with regard to different application modes of the device. In this case, at least a separate beam path and a detector unit for infrared light is expediently set up, since infrared light is present everywhere as heat radiation and is therefore particularly suitable for reconnaissance purposes by means of a passive sensor system.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Emittereinheit zur Abstrahlung von Laserlicht ausgebildet. Monochromatisches Laserlicht zeichnet sich durch eine große Kohärenzlänge aus, es ist zur Informationsübertragung daher besonders geeignet, beispielsweise für die Echtzeitmessung der Entfernung eines sich bewegenden Objektes.In a further preferred embodiment of the device, the emitter unit is designed to emit laser light. Monochromatic laser light is characterized by a large coherence length, it is therefore particularly suitable for information transmission, for example for the real-time measurement of the distance of a moving object.

Durch eine geeignete teilverspiegelte Innenfläche oder durch einen Filter ist es möglich, für bestimmte Lichtfrequenzen ein Übersprechen des Lichtes von dem Ausgangsstrahlengang auf den Eingangsstrahlengang zu unterbinden. Da beispielsweise das für Gegenmaßnahmen abgestrahlte Licht nicht für eine Detektion zur Erfassungszwecken vorgesehen ist und eine hohe Intensität aufweist, wird durch eine spektrale Ausblendung dieses Lichtes an einer dafür ausgebildeten teilreflektierenden Fläche oder an einem Filter ein Übersprechen auf die oder jede Detektoreinheit verhindert. Damit wird insbesondere ein Infrarotdetektor vor Streustrahlung geschützt. Alternativ dazu kann speziell für Blendlaser eine Ausblendung durch zeitliches Multiplexen erfolgen.By a suitable teilverspiegelte inner surface or by a filter, it is possible for certain light frequencies to prevent crosstalk of the light from the output beam path to the input beam path. Since, for example, the light emitted for countermeasures is not intended for detection for detection purposes and has a high intensity, crosstalk to the or each detector unit is prevented by a spectral suppression of this light on a partially reflecting surface or on a filter formed therefor. In particular, this protects an infrared detector from scattered radiation. Alternatively, it can be done by temporal multiplexing especially for dazzling lasers.

Bevorzugterweise ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche zur Identifikation eines einfallenden Strahlungssignals oberhalb eines kritischen Signal-Rausch-Verhältnisses nach zeitlicher und räumlicher Frequenz- und Intensitätsverteilung ausgebildet ist. Mittels einer solchen Auswerteeinheit sind Objekte hinsichtlich ihrer geometrischen Eigenschaften und ihrem Bewegungsverhalten identifizierbar. Beispielsweise stellt im Bereich des sichtbaren Lichtes die Identifikation der zeitlichen und räumlichen Frequenz- und Intensitätsverteilung einfallender Strahlung nichts anderes dar als den Prozess des Sehens an sich. In analogerweise ist die Auswerteeinheit beispielsweise dazu ausgebildet, die von der Infrarot-Detektoreinheit registrierte Wärmestrahlung, die ein Objekt aussendet, zu sehen und durch die individuelle Signatur der Strahlung das Objekt und seine Bewegung zu identifizieren.Preferably, an evaluation unit is provided, which is designed to identify an incident radiation signal above a critical signal-to-noise ratio according to temporal and spatial frequency and intensity distribution. By means of such an evaluation unit, objects can be identified with regard to their geometric properties and their movement behavior. For example, in the field of visible light, the identification of the temporal and spatial frequency and intensity distribution of incident radiation is nothing else than the process of seeing per se. In analogous manner, the evaluation unit is designed, for example, to see the heat radiation registered by the infrared detector unit which emits an object and to identify the object and its movement by means of the individual signature of the radiation.

Weiterhin ist vorzugsweise die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, zurückreflektierte Anteile eines von der Emittereinheit abgestrahlten Lichtsignals über eine Detektoreinheit zur Abstandsermittlung eines Objektes zu identifizieren. Da eine Abstandsermittlung eines Objektes durch die von dem Objekt ausgesandte Strahlung nur eingeschränkt möglich ist, sendet die Emittereinheit ein Strahlungssignal mit einer speziellen Signatur aus, beispielsweise mit einer bestimmten Intensitäts- oder Frequenzmodulation. Die von dem Objekt zurückreflektierten Anteile des Signals, das optische Echo, werden dann in der oder jeder Detektoreinheit registriert. Durch eine Korrelation des emittierten und des detektierten Signals in der Auswerteeinheit ist die Zeitverschiebung zwischen den beiden Signalen, welche die Gesamtlaufzeit des Strahlungssignals darstellt, bestimmbar. Aus der Laufzeit kann der Abstand des reflektierenden Objektes ermittelt werden.Furthermore, the evaluation unit is preferably designed to identify portions of a light signal radiated back from the emitter unit via a detector unit for distance determination of an object. Since a determination of the distance of an object by the radiation emitted by the object is only possible to a limited extent, the emitter unit transmits a radiation signal with a special signature, for example with a specific intensity or frequency modulation. The portions of the signal reflected back from the object, the optical echo, are then registered in the or each detector unit. By a correlation of the emitted and the detected signal in the evaluation unit, the time shift between the two signals, which represents the total transit time of the radiation signal, can be determined. From the running time, the distance of the reflecting object can be determined.

In einer geeigneten Ausführungsvariante der Vorrichtung ist eine motorische Antriebseinheit vorgesehen, welche zum Verschwenken der Eintrittsoptik und der Umlenkoptik um die Nickachse bzw. um die Rollachse ausgebildet ist. Dies ist zum Erfassen einer Objektszene und zum Verfolgen von identifizierten Objekten von Vorteil.In a suitable embodiment of the device, a motor drive unit is provided, which is designed to pivot the entry optics and the deflection optics about the pitch axis or about the roll axis. This is advantageous for capturing an object scene and tracking identified objects.

In einer zweckdienlichen Weiterbildung der Vorrichtung ist die Auswerteeinheit durch Vergleichen eines identifizierten Signals mit gespeicherten Daten zur Objekt- und Zielverifikation ausgebildet. Während eine primäre Objekterkennung durch die Analyse der von dem Objekt ausgesandten Strahlungsverteilung erfolgt, ist eine sekundäre Objekterkennung, welche das Objekt an sich als ein bestimmtes Objekt erkennt, erst durch eine Zuordnung der charakteristischen Strahlungsverteilung zu anderen bekannten Strahlungsdaten möglich. Ein derartiger Abgleich ist insbesondere zur Zielverifikation und zur Reduktion einer durch Fehlerkennung bedingten Falschalarmrate verwendbar. In an expedient development of the device, the evaluation unit is designed by comparing an identified signal with stored data for object and target verification. While primary object recognition is accomplished by analysis of the radiation distribution emitted by the object, secondary object recognition which recognizes the object per se as a particular object is possible only by associating the characteristic radiation distribution with other known radiation data. Such an adjustment can be used in particular for the purpose of target verification and for reducing a false alarm rate caused by error detection.

Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche zur Ansteuerung der motorischen Antriebseinheit in Abhängigkeit von der zeitabhängigen Einfallsrichtung eines identifizierten Signals, der Emittereinheit und zur Verstellung der Kollimationsoptik ausgebildet ist. Eine solche Steuereinheit ist insbesondere mit der Auswerteeinheit verbunden und sendet Steuerimpulse in Abhängigkeit von dem in der Auswerteeinheit identifizierten Signale. Ein durch die Auswerteeinheit identifiziertes, sich bewegendes Objekt kann somit über einen größeren Zeitraum durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit verfolgt und beobachtet werden, als es bei einer statischen Eintrittsoptik möglich wäre. Die Verfolgung ist insbesondere auch dann von Bedeutung, wenn die Vorrichtung selbst in einem sich bewegenden System installiert ist, und statische oder nichtstatische Objekte anvisiert.Advantageously, a control unit is provided, which is designed to control the motor drive unit as a function of the time-dependent incident direction of an identified signal, the emitter unit and for adjusting the collimating optics. Such a control unit is in particular connected to the evaluation unit and sends control pulses as a function of the signals identified in the evaluation unit. A moving object identified by the evaluation unit can thus be tracked and monitored over a relatively long period of time by corresponding activation of the drive unit, as would be possible with a static entrance optics. Tracking is particularly important when the device itself is installed in a moving system and targets static or non-static objects.

Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Suchkopf angegeben wird, der eine Vorrichtung der vorgenannten Art umfasst. Ferner wird ein Lenkflugkörper mit einem solchen Suchkopf angegeben.The second object is achieved in that a seeker is specified, comprising a device of the aforementioned type. Furthermore, a guided missile is specified with such a seeker.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigen jeweils in schematischer DarstellungIn the following, an embodiment of the device will be explained with reference to a drawing. In each case show in a schematic representation

1 den Aufbau einer Vorrichtung mit einem abbildenden optischen System zur Erfassung einer Objektszene, 1 the construction of a device with an imaging optical system for detecting an object scene,

2 eine weitere Vorrichtung mit einem abbildenden optischen System zur Erfassung einer Objektszene in einem Strukturgehäuse eines Suchkopfes, und 2 a further device with an imaging optical system for detecting an object scene in a structural housing of a seeker head, and

3 schematisch einen Lenkflugkörper im Längsschnitt mit einem Suchkopf und einer Vorrichtung nach 1. 3 schematically a guided missile in longitudinal section with a seeker and a device according to 1 ,

In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, corresponding parts are provided with the same reference numerals.

1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung 1 mit einem abbildenden optischen System 2 zur Erfassung einer Objektszene. Das abbildende optische System 2 umfasst eine Eintrittsoptik 3, eine Umlenkoptik 4, und eine strukturfeste Verzweigungsoptik 5, die seriell hintereinander bezüglich einer Längsachse 6 angeordnet sind, wobei die Längsachse 6 zugleich die optische Hauptachse 7 des abbildenden optischen Systems 2 darstellt. 1 shows the structure of a device 1 with an imaging optical system 2 for capturing an object scene. The imaging optical system 2 includes an entrance optics 3 , a deflection optics 4 , and a structurally robust branching optics 5 serially one behind the other with respect to a longitudinal axis 6 are arranged, wherein the longitudinal axis 6 at the same time the main optical axis 7 of the imaging optical system 2 represents.

Die Umlenkoptik 4, deren Begrenzung durch die gepunktete Linie dargestellt ist, ist gegenüber der strukturfesten Verzweigungsoptik 5 um die Längsachse 6 drehbar gelagert. Sowohl der Eingangsstrahlengang 8 als auch der Ausgangsstrahlengang 9 bleiben durch eine Drehung der Umlenkoptik 4 unbeeinflusst, da beide Strahlengänge zwischen der Umlenkoptik 4 und der strukturfesten Verzweigungsoptik 5 koaxial zur Längsachse 6 liegen. Weiterhin ist die Eintrittsoptik 3 gegenüber der Umlenkoptik 4 um eine zur Längsachse 6 orthogonal angeordnete Nickachse 10 um 180° schwenkbar gelagert, so dass der Ausgangsstrahlengang 9 den gesamten vor der Eintrittsoptik liegenden Halbraum 11 überstreichen kann. Sowohl der Eingangsstrahlengang 8 als auch der Ausgangsstrahlengang 9 bleiben durch eine Drehung der Eintrittsoptik 3 relativ zur Umlenkoptik 4 unbeeinflusst, da beide Strahlengänge 8, 9 zwischen der Eintrittsoptik 3 und der Umlenkoptik 4 koaxial zur Nickachse 10 liegen. Zur Umlenkung des Eingangsstrahlengang 8 und des Ausgangsstrahlengang 9 sind mehrere jeweils um 45° zur Längsachse 6 verkippte vollverspiegelte Flächen 12, 13 vorgesehen.The deflection optics 4 whose boundary is represented by the dotted line is opposite to the structure-fixed branching optics 5 around the longitudinal axis 6 rotatably mounted. Both the input beam path 8th as well as the output beam path 9 remain by a rotation of the deflection optics 4 unaffected, since both beam paths between the deflection optics 4 and the structurally robust branching optics 5 coaxial to the longitudinal axis 6 lie. Furthermore, the entrance optics 3 opposite the deflection optics 4 one to the longitudinal axis 6 orthogonally arranged pitch axis 10 mounted pivotable about 180 °, so that the output beam path 9 the entire hemisphere in front of the entrance optics 11 can paint over. Both the input beam path 8th as well as the output beam path 9 remain by a rotation of the entrance optics 3 relative to the deflection optics 4 unaffected, since both ray paths 8th . 9 between the entrance optics 3 and the deflection optics 4 coaxial to the pitch axis 10 lie. For deflecting the input beam path 8th and the output beam path 9 are several each at 45 ° to the longitudinal axis 6 tilted fully reflective surfaces 12 . 13 intended.

Die Eintrittsoptik 3 umfasst eine Cassegrain-Optik 14 mit einem parabolischen Hohlspiegel 15 und einem konvexen Fangspiegel 16. Der parabolische Hohlspiegel 15 weist eine zentrale Ausnehmung 17 auf, durch welche die Strahlengänge 8, 9 führen. Eine in die Eintrittsoptik 3 einfallende Strahlung wird entlang des Eingangsstrahlenganges 8 zunächst an dem Hohlspiegel 15 reflektiert und zum Fangspiegel 16 geleitet und von dort aus zur zentralen Ausnehmung 17 zurückreflektiert.The entrance optics 3 includes a Cassegrain look 14 with a parabolic concave mirror 15 and a convex secondary mirror 16 , The parabolic concave mirror 15 has a central recess 17 on, through which the beam paths 8th . 9 to lead. One in the entrance optics 3 incident radiation is along the input beam path 8th first at the concave mirror 15 reflected and to the secondary mirror 16 directed and from there to the central recess 17 reflected back.

Die Eintrittsoptik 3 weist eine Aperturtrennung 18 auf, durch die der Ausgangsstrahlengang 9 von dem Eingangsstrahlengang 8 separiert wird. Die Aperturtrennung 18 ist durch eine ringförmige Ausgestaltung des Fangspiegels 16 vorgegeben, in dessen Mittenausnehmung 19 eine verstellbare Kollimationsoptik 20 zur Fokussierung einer entlang des Ausgangsstrahlengangs 9 propagierenden Strahlung angeordnet ist.The entrance optics 3 has an aperture separation 18 on, through which the output beam path 9 from the input beam path 8th is separated. The aperture separation 18 is by an annular configuration of the catching mirror 16 given in the middle recess 19 an adjustable collimation optics 20 for focusing one along the output beam path 9 is arranged propagating radiation.

Die zentrale Ausnehmung 17 des Hohlspiegels wird durch ein Prisma 21 abgeschlossen, welches endseitig an die vollverspiegelte Fläche 12 anschließt. An der vollverspiegelten Fläche 12 wird die einfallende Strahlung entlang des Eingangsstrahlenganges 8 um 90° reflektiert, so dass die Strahlung auf einem Abschnitt parallel zur Nickachse 10 propagiert. Hier findet der Übergang zur Umlenkoptik 4 statt.The central recess 17 of the concave mirror is through a prism 21 completed, which end to the vollverspiegelte surface 12 followed. On the fully mirrored surface 12 is the incident radiation along the Input beam path 8th reflected by 90 °, allowing the radiation on a section parallel to the pitch axis 10 propagated. Here is the transition to the deflection optics 4 instead of.

Die Funktion der Umlenkoptik 4 besteht im Wesentlichen darin, die Strahlengänge 8,9 von der Übergangsstelle zur Eintrittsoptik 3 wieder koaxial zur Längsachse 6 an der Stelle des Übergangs zur strukturfesten Verzweigungsoptik 5 zu führen. Hierzu sind drei um jeweils 45° zur Längsachse 6 verkippte vollverspiegelte Flächen 13 eingerichtet, an welche jeweils drei korrespondierende Prismen 22 mit geeignetem Brechungsindex anschließen. Aus konstruktiven Gründen ist die Brennweite der Eintrittsoptik zur Erzeugung eines Zwischenbildes vor der Linse 23 eingestellt, die das Zwischenbild auf den Detektor 27 abbildet.The function of the deflection optics 4 essentially consists of the beam paths 8th . 9 from the transition point to the entrance optics 3 again coaxial to the longitudinal axis 6 at the point of transition to structurally robust branching optics 5 respectively. These are three at 45 ° to the longitudinal axis 6 tilted fully reflective surfaces 13 arranged, to each of which three corresponding prisms 22 connect with a suitable refractive index. For design reasons, the focal length of the entrance optics for generating an intermediate image in front of the lens 23 set the intermediate image to the detector 27 maps.

An der Übergangsstelle zur Umlenkoptik 4 umfasst die strukturfeste Verzweigungsoptik 5 einen kompakten und optisch dichten Strahlteilerwürfel 24, in welchen auf der Würfeldiagonalen eine teilverspiegelte Innenfläche 25 eingelassen ist. Hinter dem Strahlteilerwürfel 24 ist eine Fokussierungsoptik 26 und ein Infrarotdetektor 27 angeordnet. Die teilverspiegelte Innenfläche 25 wirkt reflektierend für Wellenlängen kleiner als der durch den Detektor 27 zu erfassenden, so dass lediglich die gewünschten Infrarotanteile einer über den Eingangsstrahlengang 8 in das abbildende optische System 2 einfallenden Strahlung im Strahlteilerwürfel 24 transmittiert werden und weiter entlang des Strahlengangs 8 hinter der teilverspiegelten Innenfläche 25 dem Infrarotdetektor 27 zugeleitet werden. Höherfrequentes Licht als Infrarotlicht, wie die von einer Laseremittereinheit 28 ausgesandte Strahlung, welche entlang des Ausgangsstrahlengangs 9 propagiert, wird an der teilverspiegelten Innenfläche 25 reflektiert. Eine weitere teilverspiegelte Fläche 29 reflektiert das von der Laseremittereinheit 28 abgestrahlte Licht, ist jedoch transmittierend für weitere Lichtanteile, welche entlang des Achsenabschnitts 30 propagieren und von einer Detektor- oder Emittereinheit 31 detektiert bzw. emittiert werden.At the transition point to the deflection optics 4 includes the structurally robust branching optics 5 a compact and optically dense beam splitter cube 24 in which on the cube diagonal a teilverspiegelte inner surface 25 is admitted. Behind the beam splitter cube 24 is a focusing optics 26 and an infrared detector 27 arranged. The partially mirrored inner surface 25 Reflective for wavelengths smaller than that through the detector 27 to be detected, so that only the desired infrared components of a via the input beam path 8th into the imaging optical system 2 incident radiation in the beam splitter cube 24 be transmitted and further along the beam path 8th behind the partially mirrored inner surface 25 the infrared detector 27 be forwarded. Higher-frequency light than infrared light, such as that of a laser emitter unit 28 emitted radiation, which along the output beam path 9 propagated, is at the partially mirrored inner surface 25 reflected. Another partially mirrored surface 29 reflects this from the laser emitter unit 28 emitted light, however, is transmissive to further light components which along the axis portion 30 propagate and from a detector or emitter unit 31 be detected or emitted.

Die Laseremittereinheit 28 kann beispielsweise zur Abstandsmessung und somit insbesondere zur Verifikation von Objekten anhand ihrer Bewegungsmuster eingesetzt werden. Das entsprechende Modul kann als Einheit gefertigt sein und muss bei Bedarf lediglich an die Vorrichtung angeflanscht werden. Der Empfangsdetektor kann beispielsweise ein sensitiver Einzeldetektor sein, der in der Bildebene des Sendekanals integriert ist. In Szenarien, in denen zu einer Verifikation keine Abstandsinformation benötigt wird, kann der entsprechende Kanal beispielsweise durch einen zusätzlichen abbildenden passiven Detektor (z. B. im nahen Infrarot) ersetzt werden. Alternativ kann auch ein Blendlaser in den optischen Strahlengang eingekoppelt und auf das Zielobjekt ausgerichtet werden. Damit ist eine modulare Architektur abhängig vom Einsatzszenario gegeben.The laser emitter unit 28 For example, it can be used for measuring distances and thus in particular for verifying objects based on their movement patterns. The corresponding module can be manufactured as a unit and, if necessary, only needs to be flanged to the device. By way of example, the reception detector can be a sensitive individual detector which is integrated in the image plane of the transmission channel. In scenarios in which no distance information is required for verification, the corresponding channel can be replaced, for example, by an additional imaging passive detector (eg in the near infrared). Alternatively, a glare laser can be coupled into the optical beam path and aligned with the target object. This provides a modular architecture depending on the application scenario.

2 zeigt eine weitere Vorrichtung 1' mit einem abbildenden optischen System 2 zur Erfassung einer Objektszene in einem Strukturgehäuse 32 eines Suchkopfes 33. Sichtbar ist die durch eine gestrichelte Linie eingegrenzte Verzweigungsoptik 5 sowie der durch eine gepunktete Linie umfasste Block 34, welcher die Eintrittsoptik 3 und die Umlenkoptik 4 umfasst. Die in dem Block 34 enthaltenen Bauteile der Vorrichtung 1' sind relativ zu dem Strukturgehäuse 32 über die Umlenkoptik 4 an den Lagerstellen 35 vollständig drehbar, also drehbar um 360°, um die Längsachse 6 gelagert. Weiterhin ist die Eintrittsoptik 3 an den Lagerstellen 36 drehbar gelagert, so dass die Eintrittsoptik 3 um die Umlenkoptik 4 um 180° verschwenkbar ist. Durch die Kombination beider Rotationsfreiheitsgrade ist die Eintrittsoptik 3 gegenüber dem Strukturgehäuse 32 in jede beliebige Raumrichtung des Halbraums 11 vor der Nickachse 10 ausrichtbar. Der Halbraum 11 wird dabei durch diejenige strukturfeste Ebene begrenzt, die orthogonal zur Längsachse 6 liegt und in der stets die Nickachse 10 liegt. Das Strukturgehäuse 32 ist im Gebiet des Halbraums durch einen Dom 37 aus Glas oder aus einem transparenten Kunststoff gebildet. 2 shows another device 1' with an imaging optical system 2 for detecting an object scene in a structural housing 32 a seeker's head 33 , Visible is the branching optics bounded by a dashed line 5 and the block enclosed by a dotted line 34 , which the entrance optics 3 and the deflection optics 4 includes. The ones in the block 34 contained components of the device 1' are relative to the structural housing 32 over the deflection optics 4 at the campsites 35 completely rotatable, ie rotatable by 360 °, about the longitudinal axis 6 stored. Furthermore, the entrance optics 3 at the campsites 36 rotatably mounted, so that the entrance optics 3 around the deflection optics 4 can be swiveled through 180 °. The combination of both rotational degrees of freedom makes the entrance optics 3 opposite the structure housing 32 in any spatial direction of the half-space 11 in front of the pitch axis 10 aligned. The half-space 11 is limited by that structure-solid plane which is orthogonal to the longitudinal axis 6 lies and in the always the pitch axis 10 lies. The structural housing 32 is in the area of the half-space through a dome 37 made of glass or of a transparent plastic.

Weiterhin sichtbar ist die Cassegrain-Optik 14 der Eintrittsoptik 3, die eine einfallende Strahlung entlang des Eingangsstrahlenganges 8 über den Hohlspiegel 15 und den Fangspiegel 16 in die zentrale Ausnehmung 17 des Hohlspiegels 15 und auf das Prisma 21 leitet. An der vollverspiegelten Fläche 12 wird die Strahlung auf die Umlenkoptik 4 gelenkt, und in der Umlenkoptik 4 über mehrere Prismen 22 und vollverspiegelte Flächen 13 auf den Strahlteilerwürfel 24 in der strukturfesten Verzweigungsoptik 5. Von dem Strahlteilerwürfel 24 laufen drei verschiedene Frequenzkanäle des Empfangsstrahlenganges 8 über Fokussierungsoptiken 26 jeweils zu dem Infrarotdetektor 27 sowie zu den Detektoren 38 und 39. Über eine vollverspiegelte Fläche 40 wird der Empfangsstrahlengang 8 zu dem Detektor 39 geführt, der aus Platzgründen derart angeordnet ist. Zur Ausbildung eines Verifikators kann beispielsweise an der Stelle des Detektors 39 ein Laseremitter und ein Laserdetektor zur Aussendung und Erfassung von Laserstrahlung eingesetzt werden.Still visible is the Cassegrain optics 14 the entrance optics 3 receiving an incident radiation along the input beam path 8th over the concave mirror 15 and the catch mirror 16 in the central recess 17 of the concave mirror 15 and on the prism 21 passes. On the fully mirrored surface 12 the radiation is transferred to the deflection optics 4 steered, and in the deflection optics 4 over several prisms 22 and fully mirrored surfaces 13 on the beam splitter cube 24 in the structure-fixed branching optics 5 , From the beam splitter cube 24 run three different frequency channels of the reception beam path 8th about focusing optics 26 each to the infrared detector 27 as well as to the detectors 38 and 39 , Over a fully mirrored surface 40 becomes the reception beam path 8th to the detector 39 guided, which is arranged for reasons of space such. For example, to form a verifier at the location of the detector 39 a laser emitter and a laser detector for emitting and detecting laser radiation are used.

Das ausgesendete Laserlicht wird dabei über den Strahlteilerwürfel 24 in die Umlenkoptik 4 eingekoppelt und über die Eintrittsoptik 3 durch die Mittenausnehmung 19 des Fangspiegels 16 ausgekoppelt.The emitted laser light is thereby over the beam splitter cube 24 in the deflection optics 4 coupled and via the entrance optics 3 through the middle recess 19 the capture mirror 16 decoupled.

Wird in gleicher Weise noch ein Blendlaser in den optischen Strahlengang eingekoppelt, so muss die Sendeoptik für beide Wellenlängen, nämlich der des Abstandslasers und der des Blendlasers, ausgelegt sein. Ist dies nicht möglich, so kann der Strahlteilerwürfel 24 zur zusätzlichen Einkopplung des Blendlasers genutzt werden.If, in the same way, a glare laser is coupled into the optical beam path, then the transmission optics must be designed for both wavelengths, namely that of the distance laser and that of the glare laser. If this is not possible, then the beam splitter cube 24 be used for additional coupling of the aperture laser.

Die dargestellten Vorrichtungen 1 und 1' weisen die Vorteile eine kompakten Integration sowohl einer aktiven als auch einer passiven Multisensorik auf. Die aktive und die passive Sensorik sind über einen kollinearen Aufbau mit einem gemeinsamen optischen Fenster bzw. Dom verfügbar. Durch die Aperturtrennung des Eingangsstrahlengangs und des Sendestrahlengangs wird eine erhöhte Gesamteffizienz erzielt. Eine modulare Verwendung verschiedener Sende-/Empfangseinheiten, z. B. zur Abstandsmessung, zur Zielbeleuchtung, zu einer Tracksensorik mit Abstandsmessung oder zur Blendung, ist ermöglicht.The illustrated devices 1 and 1' The advantages are a compact integration of both an active and a passive multi-sensor system. The active and passive sensors are available via a collinear structure with a common optical window or dome. The aperture separation of the input beam path and the transmit beam path achieves an increased overall efficiency. A modular use of various transceiver units, z. B. for distance measurement, target lighting, to a track sensor with distance measurement or glare is possible.

In 3 ist ein Lenkflugkörper 41 im Längsschnitt mit einem Suchkopf 33 und mit einer Vorrichtung 1 nach 1 dargestellt. Der Lenkflugkörper 41 umfasst eine Auswerteeinheit 42 zur Identifikation von von der Vorrichtung 1 detektierten Strahlungssignalen, eine motorische Antriebseinheit 43 zum Antrieb von mechanischen Komponenten der Vorrichtung 1, sowie eine Steuereinheit 44, welche die motorische Antriebseinheit 43 nach Vorgaben entsprechende der in der Auswerteeinheit 42 gewonnenen Daten ansteuert.In 3 is a guided missile 41 in longitudinal section with a seeker head 33 and with a device 1 to 1 shown. The guided missile 41 includes an evaluation unit 42 for identification of the device 1 detected radiation signals, a motor drive unit 43 for driving mechanical components of the device 1 , as well as a control unit 44 which the motor drive unit 43 according to specifications corresponding to those in the evaluation unit 42 obtained data drives.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
1'1'
weitere Vorrichtunganother device
22
abbildendes optische Systemimaging optical system
33
Eintrittsoptikadmission optics
44
Umlenkoptikdeflecting
55
strukturfeste Verzweigungsoptikstructurally robust branching optics
66
Längsachselongitudinal axis
77
optische Hauptachsemain optical axis
88th
EingangsstrahlengangInput beam path
99
AusgangsstrahlengangOutput beam path
1010
Nickachsepitch axis
1111
Halbraumhalf space
1212
vollverspiegelte Flächefully mirrored surface
1313
weitere vollverspiegelte Flächeanother fully mirrored surface
1414
Cassegrain-OptikCassegrain optics
1515
Hohlspiegelconcave mirror
1616
FangspiegelFangspiegel
1717
zentrale Ausnehmung im Hohlspiegelcentral recess in the concave mirror
1818
AperturtrennungAperturtrennung
1919
Mittenausnehmungcentral recess
2020
Kollimationsoptikcollimating optics
2121
Prismaprism
2222
weiteres Prismaanother prism
2323
zwischenbilderzeugende Linseinter-image lens
2424
StrahlteilerwürfelBeam splitter cube
2525
teilverspiegelte Innenflächepartially mirrored inner surface
2626
Fokussierungsoptikfocusing optics
2727
Infrarotdetektorinfrared detector
2828
LaseremittereinheitLaser emitter unit
2929
teilverspiegelte Flächepartially mirrored surface
3030
Achsenabschnittintercept
3131
Detektor- oder EmittereinheitDetector or emitter unit
3232
Strukturgehäusestructure housing
3333
Suchkopfseeker
3434
Blockblock
3535
Lagerstelledepository
3636
Lagerstelledepository
3737
Domcathedral
3838
Detektordetector
3939
Detektordetector
4040
vollverspiegelte Flächefully mirrored surface
4141
LenkflugkörperMissile
4242
Auswerteeinheitevaluation
4343
motorische Antriebseinheitmotor drive unit
4444
Steuereinheitcontrol unit

Claims (16)

Vorrichtung (1, 1') zur Erfassung einer Objektszene mit einem abbildenden optischen System (2) umfassend eine Eintrittsoptik (3), eine Umlenkoptik (4), und eine strukturfeste Verzweigungsoptik (5), mit einer Anzahl von Detektoreinheiten (27, 38, 39) und mit zumindest einer Emittereinheit (28) zur Emission elektromagnetischer Strahlung, wobei – die Eintrittsoptik (3), die Umlenkoptik (4) und die strukturfeste Verzweigungsoptik (5) bezüglich einer Längsachse (6) hintereinander angeordnet sind, – die Umlenkoptik (4) relativ zur strukturfesten Verzweigungsoptik (5) um die Längsachse (6) drehbar gelagert ist, – die Eintrittsoptik (3) relativ zur Umlenkoptik (4) um eine zur Längsachse (6) im wesentlichen orthogonal angeordnete Nickachse (10) schwenkbar gelagert ist, – die Eintrittsoptik (3) zur Sammlung und Ausrichtung einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf einen Eingangsstrahlengang (8) und zur fokussierten Aussendung von über einen Ausgangsstrahlengang (9) auslaufender elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, – die Umlenkoptik (4) zur optischen Verbindung der Eintrittsoptik (3) mit der Verzweigungsoptik (5) durch Führung des Eingangs-(8) und des Ausgangsstrahlenganges (9) ausgebildet ist, – die strukturfeste Verzweigungsoptik (5) zur frequenz- und/oder polarisationsabhängigen Zerlegung von über den Eingangsstrahlengang (8) einlaufender elektromagnetischer Strahlung und zur Führung von der Emittereinheit (28) emittierter elektromagnetischer Strahlung auf den Ausgangsstrahlengang (9) ausgebildet ist, – zur Separation von einfallender und emittierter elektromagnetischer Strahlung in der Eintrittsoptik (3) eine Aperturtrennung (18) ausgebildet ist, die Aperturtrennung (18) in der Eintrittsoptik (3) eine Mittenausnehmung (19) umfasst, – im Bereich der Mittenausnehmung (19) eine Kollimationsoptik (20) zur Fokussierung emittierter Strahlung ausgebildet ist. Contraption ( 1 . 1' ) for detecting an object scene with an imaging optical system ( 2 ) comprising an entry optics ( 3 ), a deflection optics ( 4 ), and a structurally robust branching optics ( 5 ), with a number of detector units ( 27 . 38 . 39 ) and with at least one emitter unit ( 28 ) for the emission of electromagnetic radiation, wherein - the entrance optics ( 3 ), the deflection optics ( 4 ) and the structurally robust branching optics ( 5 ) with respect to a longitudinal axis ( 6 ) are arranged one behind the other, - the deflection optics ( 4 ) relative to the structure-fixed branching optics ( 5 ) about the longitudinal axis ( 6 ) is rotatably mounted, - the entrance optics ( 3 ) relative to the deflection optics ( 4 ) about one to the longitudinal axis ( 6 ) substantially orthogonally arranged pitch axis ( 10 ) is pivotally mounted, - the entrance optics ( 3 ) for collecting and directing an incident electromagnetic radiation onto an input beam path ( 8th ) and for focused emission of via an output beam path ( 9 ) electromagnetic radiation is formed, - the deflection optics ( 4 ) for the optical connection of the entrance optics ( 3 ) with the branching optics ( 5 ) by guiding the entrance ( 8th ) and the output beam path ( 9 ), - the structurally robust branching optics ( 5 ) for the frequency- and / or polarization-dependent decomposition of the input beam path ( 8th ) incoming electromagnetic radiation and for guidance of the emitter unit ( 28 ) emitted electromagnetic radiation on the output beam path ( 9 ), - for the separation of incident and emitted electromagnetic radiation in the entrance optics ( 3 ) an aperture separation ( 18 ), the aperture separation ( 18 ) in the entrance optics ( 3 ) a central recess ( 19 ), - in the region of the central recess ( 19 ) a collimation optics ( 20 ) is designed for focusing emitted radiation. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 1, wobei die Kollimationsoptik (20) zur Einstellung des Divergenzwinkels emittierter Strahlung verstellbar ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 1, wherein the collimation optics ( 20 ) is adjustable to adjust the divergence angle emitted radiation. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eintrittsoptik (3) als eine Cassegrain-Optik (14) ausgebildet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 1 or 2, wherein the entrance optics ( 3 ) as a Cassegrain optic ( 14 ) is trained. Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Eintrittsoptik (3) eine Anordnung mit einer Anzahl von Spiegeln (12) und/oder Prismen (21) umfasst.Contraption ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 3, wherein the entrance optics ( 3 ) an arrangement with a number of mirrors ( 12 ) and / or prisms ( 21 ). Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Umlenkoptik (4) eine Anordnung mit einer Anzahl von Spiegeln (13) und/oder Prismen (22) umfasst.Contraption ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 4, wherein the deflection optics ( 4 ) an arrangement with a number of mirrors ( 13 ) and / or prisms ( 22 ). Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 5, wobei die Umlenkoptik (4) eine Anordnung von Linsen (23) zur Erzeugung eines Zwischenbildes umfasst.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 5, wherein the deflection optics ( 4 ) an arrangement of lenses ( 23 ) for generating an intermediate image. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 6, wobei die strukturfeste Verzweigungsoptik (5) ein Prisma (24) umfasst, welches Prisma (24) zumindest eine teilverspiegelte Innenfläche (25) zur polarisations- und/oder zur frequenzabhängigen Zerlegung des Eingangsstrahlenganges (8) in zumindest zwei separate Strahlengänge umfasst.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 6, wherein the structure-fixed branching optics ( 5 ) a prism ( 24 ), which prism ( 24 ) at least one partially mirrored inner surface ( 25 ) for the polarization and / or frequency-dependent decomposition of the input beam path ( 8th ) in at least two separate beam paths. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 7, wobei zumindest ein separater Strahlengang und eine Detektoreinheit (27) für Infrarotlicht eingerichtet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 7, wherein at least one separate beam path and a detector unit ( 27 ) is set up for infrared light. Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Emittereinheit (28) zur Abstrahlung von Laserlicht ausgebildet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 8, wherein the emitter unit ( 28 ) is designed for the emission of laser light. Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Auswerteeinheit (42) vorgesehen ist, welche zur Identifikation eines einfallenden Strahlungssignals oberhalb eines kritischen Signal-Rausch-Verhältnisses nach zeitlicher und räumlicher Frequenz- und Intensitätsverteilung ausgebildet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 9, wherein an evaluation unit ( 42 ) is provided, which is designed to identify an incident radiation signal above a critical signal-to-noise ratio according to temporal and spatial frequency and intensity distribution. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 10, wobei die Auswerteeinheit (42) dazu ausgebildet ist, zurückreflektierte Anteile eines von der Emittereinheit (28) abgestrahlten Lichtsignals über eine Detektoreinheit (27, 38, 39) zur Abstandsermittlung eines Objektes zu identifizieren.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 10, wherein the evaluation unit ( 42 ) is designed to reflect back-reflected portions of one of the emitter unit ( 28 ) radiated light signal via a detector unit ( 27 . 38 . 39 ) to determine the distance of an object. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine motorische Antriebseinheit (43) vorgesehen ist, welche zum Verschwenken der Eintrittsoptik (3) und der Umlenkoptik (4) um die Nickachse (10) bzw. um die Längsachse (6) ausgebildet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 10 or 11, wherein a motor drive unit ( 43 ) is provided, which for pivoting the entrance optics ( 3 ) and the deflection optics ( 4 ) about the pitch axis ( 10 ) or about the longitudinal axis ( 6 ) is trained. Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Auswerteeinheit (42) durch Vergleichen eines identifizierten Signals mit gespeicherten Daten zur Objekt- und Zielverifikation ausgebildet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to one of claims 10 to 12, wherein the evaluation unit ( 42 ) is formed by comparing an identified signal with stored data for object and target verification. Vorrichtung (1, 1') nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Steuereinheit (44) vorgesehen ist, welche zur Ansteuerung der motorischen Antriebseinheit (43) in Abhängigkeit von der zeitabhängigen Einfallsrichtung eines identifizierten Signals, der Emittereinheit (28) und zur Verstellung der Kollimationsoptik (20) ausgebildet ist.Contraption ( 1 . 1' ) according to claim 12 or 13, wherein a control unit ( 44 ) is provided, which for controlling the motor drive unit ( 43 ) depending on the time-dependent direction of arrival of an identified signal, the emitter unit ( 28 ) and for adjusting the collimation optics ( 20 ) is trained. Suchkopf (33) mit einer Vorrichtung (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Seeker head ( 33 ) with a device ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 14. Lenkflugkörper (41) mit einem Suchkopf (33) nach Anspruch 15.Guided missile ( 41 ) with a seeker head ( 33 ) according to claim 15.
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