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
Aus der
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Die
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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
In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, corresponding parts are provided with the same reference numerals.
Die Umlenkoptik
Die Eintrittsoptik
Die Eintrittsoptik
Die zentrale Ausnehmung
Die Funktion der Umlenkoptik
An der Übergangsstelle zur Umlenkoptik
Die Laseremittereinheit
Weiterhin sichtbar ist die Cassegrain-Optik
Das ausgesendete Laserlicht wird dabei über den Strahlteilerwürfel
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
Die dargestellten Vorrichtungen
In
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
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