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ALLGEMEINES TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zielsuchkopf für eine Rakete. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Rakete, die einen solchen Kopf umfasst.
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STAND DER TECHNIK
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1 stellt schematisch ein herkömmliches Beispiel für den Einsatz einer Rakete 1 für den Erdkampf dar, die einen Zielsuchkopf 10 mit zwei Betriebsarten umfasst. Der Kopf 10 umfasst beispielsweise einen SAL-Kanal („Semi Active Laser” oder halbaktiver Laser) und einen Infrarotkanal, die als solche dem Fachmann bekannt sind. Der SAL-Kanal kann herkömmlich mit Wellenlängen arbeiten, die zwischen 1,06 μm und 1,54 μm liegen (man spricht dabei vom nahen Infrarot oder dem Band 1) und der Infrarotkanal (IR) kann seinerseits im Band 2 (3 μm–5 μm) oder dem Band 3 (8 μm–12 μm) arbeiten.
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Wie in 1 dargestellt, wird die Rakete 1 zum Zeitpunkt t0 von einer Abschussvorrichtung 2 abgefeuert. Die Rakete 1 startet mit einer Trägheitsnavigation in Richtung eines Ziels 3 auf einer Bahn T. Das Ziel 3 ist für die Rakete 1 zum Abschusszeitpunkt der Rakete 1 nicht sichtbar.
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Wenn zum Zeitpunkt t1 die Rakete 1 nahe beim Ziel 3 angelangt ist (dieser Abstand entspricht der mittleren Reichweite des SAL-Kanals), kennzeichnet eine externe Beleuchtungsvorrichtung 4 das Ziel 3 durch Anstrahlen.
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Der SAL-Kanal des Kopfs 10 detektiert dann das so angeleuchtete Ziel 3 und er führt die Abstandsmessung für das Ziel 3 aus. Die Abstandsmessung wird in der Endphase eingesetzt, um die Rakete 1 auf das Ziel 3 zu lenken (man spricht dabei von der SAL-Betriebsart).
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Wenn das Ziel 3 vom Abschuss an sichtbar ist, ist die SAL-Betriebsart auch möglich zur Detektion und zur Bestimmung der Abstandsmessung des Ziels für die Lenkung der Rakete 1 zum Ziel 3, ohne eine vorangehende Phase mit Trägheitsnavigation.
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Für die Detektion und die Abstandsmessung des Ziels, zur Lenkung der Rakete 1 auf das Ziel 3 in der Endphase, ist auch eine Infrarot-Betriebsart möglich, bei der, vom Abschuss bis zum Einschlag am Ziel 3, nur der IR-Kanal eingesetzt wird.
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In 2 ist ein Beispiel eines Zielsuchkopfs 10 schematisch dargestellt, der bekannt ist und der sich vorn in einer Rakete 1 befindet.
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Er umfasst insbesondere einen Eintrittsdom 101, der im Allgemeinen halbkugelförmig und für den SAL-Kanal im nahen IR-Band (Band 1) und für den IR-Kanal im Band 3 (oder dem Band 2) durchlässig ist.
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Der Kopf 10 umfasst ebenfalls eine in zwei Achsen Y (Neigewinkel) und Z (Schwenkwinkel) orientierbare Plattform 102. Die Orientierung der Plattform 102 hat zur Folge, dass die Visierlinie V stabilisiert wird und dass sie orientiert wird, typischerweise in einem Winkelbereich von einigen zehn Grad bezüglich jeder Achse.
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Der Kopf 10 umfasst ebenfalls ein katadiotprisches optisches Modul 103. Ein katadioptrisches Modul ist ein optisches System, das sowohl mit Linsen wie auch mit Spiegeln arbeitet. So umfasst das Modul 103 herkömmlicherweise insbesondere einen Primärspiegel 104, der einen Lichtfluss F auf einen Sekundärspiegel 105 reflektiert (der zu einer zentralen Verdeckung des Primärspiegels 104 führt), um den Fluss F durch das durchbrochene Zentrum des Primärspiegels 104 zu leiten.
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Der Einsatz des Primärspiegels 104 ist notwendig, insbesondere im Fall mit zwei Betriebsarten SAL (Band 1) und IR (Band 3), da der Umfang der verwendeten Wellenlängen (1 μm–12 μm) die Achromatisierung mit einer Lösung vom dioptrischen Typ (also ohne Spiegel) schwierig macht.
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Das Modul 103 umfasst außerdem, dem Sekundärspiegel 105 nachgeordnet und hinter dem Primärspiegel 104, eine doppelbrechende Platte 106, wie dies in 2 dargestellt ist. Der Fluss F wird zum einen Teil von der Platte 106 durchgelassen, um einen Fluss F1 zu bilden und um (gegebenenfalls nach einer Bündelung durch eine Linse 109) einen IR-Sensor 107 zu erreichen. Der Dom 101, das Modul 103 und der Sensor 107 bilden somit den IR-Kanal.
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Der Fluss F wird zum anderen Teil von der Platte 106 reflektiert, um einen Fluss F2 zu bilden und um einen SAL-Sensor 108 zu erreichen. Der Dom 101, das Modul 103 und der Sensor 108 bilden den SAL-Kanal.
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Der herkömmliche Kopf 10 hat Nachteile.
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Als erstes bedingt die Verwendung einer Platte 106 stromabwärts des Spiegels 104 vor allem eine Verlängerung der Plattform 102 in Richtung der Visierlinie V für einen der Kanäle (in 2 der IR-Kanal). Eine solche Verlängerung kann sich als Hindernis für die Integration in einen Zielsuchkopf erweisen: tatsächlich werden die Winkelausschläge der Plattform (die so groß wie möglich gewünscht werden: in der Ordnung +/–30°) schnell unvereinbar mit dem Durchmesser, der dem Kopf in der Rakete zugestanden wird.
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Außerdem wird der Platzbedarf des Kopfs in 2 aufgrund eines seitlichen Versatzes des anderen Kanals (der SAL-Kanal in 2), der mit der Platte 106 verbunden ist, vergrößert, was zu einer Asymmetrie in Bezug auf die Visierlinie V führt.
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Zusätzlich muss für die Plattform 102 ein Ausgleichsgewicht vorgesehen werden, um die seitliche Asymmetrie des Kopfs zu kompensieren, wodurch sich seine Trägheit erhöht.
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Die Plattform muss daher eine Motorisierungsvorrichtung für die Orientierung der Plattform 102 umfassen, die einschränkend ist, da sie leistungsfähig sein muss, um die Orientierung der Plattform zu gestatten, die eine hohe Trägheit hat.
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Darüber hinaus beeinträchtigt das Vorhandensein einer dedizierten strahlteilenden Platte im optischen Weg die Gesamtübertragung der beiden Kanäle.
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Schließlich ist es mit einem katadioptrischen Modul am Eingang des Kopfs schwierig große optische Sichtfelder zu erreichen.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, wenigstens einen dieser Nachteile zu beseitigen.
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Hierfür wird gemäß der Erfindung ein Zielsuchkopf gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Die Erfindung wird vorteilhafterweise durch die Eigenschaften der Ansprüche 2 bis 6 vervollständigt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Rakete, die einen solchen Kopf umfasst. Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile.
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Der Kopf umfasst stromabwärts vom Primärspiegel keine doppelbrechende Platte mehr. Somit wird der seitliche Versatz eines der optischen Wege vermieden sowie die Verlängerung des anderen optischen Weges, wie im Stand der Technik, und dadurch ist der Platzbedarf des Kopf verringert.
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Das katadioptrische Modul hat eine axiale Symmetrie, was einen maximalen Ausschlag bei gegebenen Raketenabmessungen und einem gegebenen Fensterdurchmesser gestattet. Die wirksame Pupille kann damit bis zu 75% des Durchmessers des Eintrittfensters erreichen.
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Das Modul hat eine natürliches Auswuchtung und die Plattform hat eine minimale Trägheit, was eine Motorisierung ermöglicht, die weniger aufwändig ist und insbesondere einen geringeren Platzbedarf hat und weniger schwer ist.
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Gemäß einem ersten Beispiel umfasst das Modul einen Sekundärspiegel in Form einer Strahlteilerlinse, die eine doppelte Funktionalität hat, was bedeutet, dass sie eine optische Wirkung hat und die Aufteilung des Stroms gestattet, wodurch sie die Bilanz der optischen Übertragung optimiert.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Modul keine strahlteilende Platte.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist es auch leichter, für den Kanal, der nicht durch das katadioptrische Modul läuft, also der SAL-Kanal, ein großes Sichtfeld zu erreichen.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist es auch leichter, den SAL-Sensor beispielsweise durch einen sichtbaren Sensor zu ersetzen.
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Die Ausführungsform hat einen guten sphärischen Formfaktor Φ, der große Winkelausschläge begünstigt.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die rein veranschaulichend und nicht einschränkend zu verstehen ist und die mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung zu lesen ist, in der:
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die bereits besprochene 1 schematisch ein herkömmliches Beispiel für den Einsatz einer Rakete für den Erdkampf darstellt, die einen Zielsuchkopf mit zwei Betriebsarten umfasst;
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2, die ebenfalls bereits besprochen wurde, schematisch ein Beispiel eines Zielsuchkopfs darstellt, der bekannt ist und der vorn in einer Rakete angeordnet ist;
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3 schematisch ein mögliches Beispiel eines Zielsuchkopfs darstellt, und
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4 schematisch eine mögliche Ausführungsform eines Zielsuchkopfs gemäß der Erfindung darstellt.
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In allen Figuren haben ähnliche Elemente identische numerische Bezugszeichen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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4 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Zielsuchkopfs 10 für eine Rakete 1.
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Der Kopf 10 umfasst zwei Detektionskanäle für Lichtstrahlen, und zwar beispielsweise einen ersten IR-Kanal, im Band 2 oder Band 3 und einen zweiten Kanal, beispielsweise einen SAL-Kanal, im Band 1. Die Erfindung ist auch auf andere Detektionsbänder anwendbar, wie nachfolgend noch zu sehen ist, und der Kopf kann beispielsweise einen sichtbaren Kanal umfassen.
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Der Kopf 10 umfasst insbesondere ein Eintrittsfenster 101, das für die Lichtstrahlen durchlässig ist. Typischerweise ist das Material für das Fenster ZnS.
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Der Kopf 10 umfasst ebenfalls einen ersten Sensor 107 zur Detektion der Strahlen für das erste Band und einen zweiten Sensor 108 zur Detektion der Strahlen für das zweite Band.
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Wie bereits gesagt wurde, handelt es sich bei dem ersten Band beispielsweise um ein IR-Band und bei dem zweiten Band beispielsweise um ein SAL-Band.
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Der SAL-Sensor 108 kann vom Retina-Typ (Detektormatrix), vom PSD-Typ (Position Sensing Device) oder vom Vierquadranten-(oder sogar n-Quadranten)Typ sein. Der IR-Sensor 107 kann vorn Matrixtyp, vom Typ Band 2 gekühlt oder Band 3 nicht gekühlt oder gekühlt sein.
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In jedem Fall sind die Sensoren 107 und 108 mit einer zugehörigen integrierten Elektronik ausgerüstet, die die Bildung und Verarbeitung der auf den Sensoren 107 und 108 erzeugten Bilder gestattet.
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Der Kopf umfasst ebenfalls ein katadioptrisches Modul 203, das eine optische Achse V hat, die die Visierlinie des Kopfs 10 darstellt.
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Das Modul 203 umfasst herkömmlicherweise einen Primärspiegel 104 und einen Sekundärspiegel 1051 (3) oder 1052 (4).
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Der erste Sensor 107 ist stromabwärts vom Sekundärspiegel 1051 oder 1052 angeordnet, im optischen Weg eines Flusses F, der von einer zu beobachtenden Szene kommt. Vorzugsweise ist der erste Sensor 107 in Bezug auf den Sekundärspiegel 1051 oder 1052 hinter dem Primärspiegel 104 angeordnet, wie dies in den 3 und 4 zu sehen ist.
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Der zweite Sensor 108 ist in Bezug auf die optische Achse V koaxial zum ersten Sensor 107 zwischen dem Fenster 101 und dem Sekundärspiegel 1051 oder 1052 angeordnet. Die Nutzung des Innenraums der Rakete 1 ist somit effizienter.
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Mit dieser Montage der beiden Sensoren 107 und 108, zu beiden Seiten des Sekundärspiegels 1051 oder 1052 oder sogar vorzugsweise des Primärspiegels 104 hat das katadioptrische Modul 203 eine axiale Symmetrie bezüglich der Achse V (im Gegensatz zur Montage in 2) sowie eine verringerte Länge, was bei gegebenen Raketenabmessungen und gegebenem Fensterdurchmesser eine maximale Auslenkung gestattet. Tatsächlich umfasst der Kopf keine doppelbrechende Platte stromabwärts des Sekundärspiegels mehr. Das Auswuchten des Moduls ist aufgrund der Verteilung der Sensoren zu beiden Seiten des Primärspiegels 104 ebenfalls erleichtert.
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Das Modul 203 umfasst außerdem eine Plattform 102, die bezüglich der Achse Y (Neigewinkel) und bezüglich der Achse Z (Schwenkwinkel) orientierbar ist. Die Plattform 102 ist somit mittels einer nicht dargestellten Motorisierung in Bezug auf das Fenster 101 orientierbar. Die Orientierung der Plattform 102 bewirkt eine Stabilisierung der Visierlinie V für die beiden Kanäle und deren Orientierung, und dies typischerweise über einen Winkelausschlag von mehreren zehn Grad bezüglich jeder Achse Y oder Z.
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Der erste Sensor 107 und der zweite Sensor 108 sind auf der Plattform 102 montiert und sie sind bei einer Winkelauslenkung der Plattform in einer fest miteinander verbundenen Art beweglich.
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Aufgrund der axialen Symmetrie des Moduls 203 ist die Trägheit der Plattform 102 günstiger, wodurch die Motorisierung weniger anspruchsvoll als diejenige im Stand der Technik ist und insbesondere einen geringeren Platzbedarf hat und leichter ist.
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In den 3 und 4 hat das Fenster 101 die Form eines halbkugelförmigen Doms. In diesem Fall muss das Zentrum O, der Schnittpunkt der Achsen Y und Z und das Rotationszentrum der Plattform 102 um diese Achsen, sich im geometrischen Mittelpunkt des halbkugelförmigen Doms befinden, und dies mit einer guten Genauigkeit (von einigen zehn Mikrometer), um bei einer Winkelauslenkung der Plattform 102 die Qualität der auf den Sensoren 107 und 108 gebildeten Bilder zu bewahren, da der Dom 101 eine geringe jedoch nicht verschwindende optische Wirkung hat.
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3 beschreibt ein mögliches Beispiel.
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In diesem Beispiel ist der Sekundärspiegel 1051 dafür eingerichtet, einen Teil F1 der Strahlen des vom Primärspiegel 104 kommenden Flusses F in Richtung des ersten Sensors 107 zu reflektieren und einen Teil F2 der Strahlen des vom Primärspiegel 104 kommenden Flusses F in Richtung des zweiten Sensors 108, der sich stromaufwärts vom Sekundärspiegel 1051 befindet, weiterzugeben. Die Seite des Sensors 108 zur Bilderzeugung ist zum Sekundärspiegel 1051 und zum Primärspiegel 104 gerichtet. F1 entspricht in der Ausführungsform der 3 dem wirksamen Infrarotband des IR-Kanals (Band 2 oder 3) und F2 entspricht dem wirksamen Band des SAL-Kanals (zwischen 1 μm und 2 μm, je nach verwendeter externer Beleuchtungsvorrichtung 4).
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Der Spiegel 1051 bildet eine Strahlteilerlinse (oder auch einen doppelbrechenden Filter) mit einer doppelten Funktionalität, was bedeutet, dass sie eine optische Wirkung für die Erzeugung eines Bildes im Sensor 108 hat und ebenfalls die Aufteilung des Stroms gestattet, wodurch sie gegenüber dem Stand der Technik die Bilanz der optischen Übertragung optimiert.
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Im Fall der 3 ist der erste Sensor 107 ein IR-Sensor (Band 2 oder 3) und das Modul 203 umfasst beispielsweise eine Sammellinse 109 zum Erzeugen des Bildes auf dem Sensor 107, es ist jedoch deutlich, dass die Zahl und der Aufbau der Linsen in Abhängigkeit vom gewünschten Platzbedarf sowie der Art des Sensors 107 variieren können.
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Der zweite Sensor 108 ist ein SAL-Sensor (Band 1) und das Modul 203 umfasst beispielsweise eine Linse 112, die zusammen mit dem Spiegel 1051 ein optisches System zum Erzeugen des Bildes auf dem Sensor 108 bildet, es wird jedoch deutlich, dass die Zahl und der Aufbau der Linsen in Abhängigkeit vom gewünschten Platzbedarf sowie der Art des Sensors 108 variieren können.
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4 beschreibt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung.
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In dieser Ausführungsform ist der Spiegel 1052 dafür eingerichtet, für die Erzeugung eines IR-Bildes die Gesamtheit F1 der vom Primärspiegel 104 kommenden Strahlen des Flusses F in Richtung des ersten Sensors 107 zu reflektieren. Die Seite des zweiten Sensors 108 zur Erzeugung eines SAL-Bildes ist zum Fenster 101 gerichtet und sie ist dafür eingerichtet, die direkt vom Fenster 101 kommenden Strahlen zu erfassen.
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Im Fall der 4 umfasst das Modul 203 beispielsweise eine Linse 109 zum Erzeugen des Bildes auf dem Sensor 107, es ist jedoch zu sehen, dass die Zahl und der Aufbau der Linsen in Abhängigkeit vom gewünschten Platzbedarf sowie der Art des Sensors 107 variieren können.
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Das Modul 203 umfasst beispielsweise zwei Linsen 110 und 111, die ein Objektiv 204 zur Erzeugung des Bildes auf dem Sensor 108 bilden, es ist jedoch zu sehen, dass die Zahl und der Aufbau der Linsen in Abhängigkeit vom gewünschten Platzbedarf sowie der Art des Sensors 108 variieren können. Das Objektiv 204 kann dioptrisch (nur Linsen einsetzend) oder sogar katadioptrisch (Spiegel einsetzend) sein.
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Im Fall eines dioptrischen Objektivs 204 ist es daher möglich, für diesen Kanal ein relativ großes Sichtfeld zu erreichen, da der Weg nicht über das katadioptrische Modul 203 geführt ist (in der Ordnung 10° oder mehr).
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Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Modul keine strahlteilende Platte.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist es auch leichter, den SAL-Sensor beispielsweise gegen einen sichtbaren Sensor auszutauschen.
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Die Ausführungsform hat einen guten sphärischen Formfaktor Φ.
