DE2426785A1

DE2426785A1 - Vorrichtung zum ausrichten zweier optischer achsen mit hilfe eines kollimators

Info

Publication number: DE2426785A1
Application number: DE19742426785
Authority: DE
Inventors: Heinz Dieter Mueller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1974-06-01
Filing date: 1974-06-01
Publication date: 1975-12-11
Also published as: GB1518152A; FR2275789B1; FR2275789A1; DE2426785C3; DE2426785B2

Description

Vorrichtung zum "Ausrichten zweier optischer Achsen mit
Hilfe eines Kollimators

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten zweier ootischer Achsen mit Hilfe eines Kollimatora,

Zum Parallelrichten einer Rohrwaffe mit dem optischen Visier eines Feuerleitgerätes, das sich in Entfernung von
der Rohrwaffe befindet» und von dem aus die Rohrwaffe durch Fernsteuerung gerichtet werden kann, ist es bekannt, an dam richtbaren Teil der Rohrwaffe eine Strahlungsquelle anzuord-r nen, die ein im wesentlichen paralleles, von dem Visier aus sichtbares Strahlenbündel entgegengesetzt parallel xu der . Schußrichtung der Rohrwaffe aussendet, das beiderseits sei ner vertikalen Mittelebene unterschiedlich ausgebildet lit.

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Zum Parallelrichten der Rohrwaffe, vorzugsweise eines Geschützes, ist das Visier zunächst auf die Richtachse des Geschützes gerichtet, wonach das Geschützrohr in Azimut-Richtung solange gedreht wird, bis am optischen Visier der Übergang zwischen den beiden unterschiedlichen Strahlungstypen des ausgesandten Strahlenbündels wahrnehmbar ist; vgl. DT-OS 1 578 270.

Auf diese Weise wird zwar die optische Achse des Visiers exakt zur optischen Achse der Strahlungsquelle ausgerichtet. Da diese im Abstand zur Seelenachse des Geschützrohres angeordnet ist, werden hierbei über die Parallelität dieser beiden Achsen keine Aussagen gemacht.

Es ist ferner bekannt, zum Seitenrichten von schweren Schußwaffen beim indirekten Schießen einen optischen Kollimator vorzusehen, der als Hilfsziel dient. Ferner ist eine mit der Waffe verbundene horizontierbare, der Seite nach verdrehbare und um eine horizontale Achse kippbare Visiervorrichtung mit mindestens einer Horizontalkreisteilung und mit Einstellmarken zum Parallelrichten der Visiervorrichtung in einer durch die Rohrachse der Waffe gelegten lotrechten Ebene angeordnet. Die gegebenenfalls durch einen Spiegel umgelenkte Achse des Kollimators ist zur Waffe gerichtet. Sowohl auf der Strichplatte des Kollimators als auch auf der Strichplatte der Visiervorrichtung sind mehrere, entsprechend dem Winkelabstand zur optischen Achse, bezogen auf das abbildende Mittel, bezeichnete, sowie in lotrechte und zur optischen Achse der Visiervorrichtung und des Kollimators gemeinsam parallele Ebene bringbare Ziel- bzw. Visiermarken feet angeordnet. Kommen zwei gleichbezeichnete Marken von Visiervorrichtung und· Kollimator zur Deckung, so ist Parallelität der optischen Achsen von Kollimator und Visiervorrichtung gegeben, vgl. DT-PS 1 118 058. Da auch hier die Visiervorrichtung im Abstand zur Seelenachse des Geschützrohres angeordnet ist, wird bei dieser Vorrichtung ebenfalls keine Aussage über die Parallelität

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dieser beiden Achsen gemacht.

Bei sog. halbautomatischen Lenkverfahren von nach dem Zieldeckungsverfahren in ein Ziel zu lenkenden Flugkörpern wird bekanntlich die Ablage des Flugkörpers von der Zieldeckungs-· geraden, die. durch die vom Lenkschützen auf das Ziel ausgerichtete, durch ein Fadenkreuz definierte optische Achse des Zielfernrohrs bestimmt ist, durch einen IR-Goniometer gemessen. Zur Berechnung von den Flugkörper auf die Fadenkreuz und Ziel verbindende Zieldeckungsgerade zurückbringenden Fernlenkkommandos wird die gemessene Ablage in Form elektrischer Spannungen an einen Kommandorechner weitergeleitet.

Die Bestimmung der Ablage erfordert bei größeren Zielentfernungen eine hohe Genauigkeit der Achsparallelität von Zielfernrohr und IR-Goniometer. Beispielsweise, ergibt sich bei 4000 m Zielentfernung und einer Zielgröße von 1 χ 1 m ein Winkel von 1/4000 - 0,25 mrad.

Da ferner weitere Toleranzen in dem aus Lenkschützen, Richtmechanik, IR-Goniometer, Kommandorechner, Nachrichtenverbindung und Flugkörper bestehenden Lenkregelkreis zu berücksichtigen sind, muß, wie die Erfahrung gezeigt hat, die Achsparallelität zwischen Zielfernrohr und IR-Goniometer in einem Toleranzbereich von max. 0,1 mrad liegen. Im Hinblick auf den relativ großen Achsabstand von innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordneten Zielfernrohr und IR-Goniometer und den geforderten Temperaturbereich von -40 - +70 C ist beim Einsatz solcher Visier- und Lenkeinrichtungen eine Winkeltoleranz von < 0,1 mrad zwischen den optischen Achsen von Zielfernrohr und IR-Goniotneter nicht haltbar.

Der Erfindung liegt daher di· Aufgabe zugrunde, eine technisch einfache, vom Bedienungspersonal am Einsateort benutzbare Justiervorrichtung für eine aus Zielfernrohr und IR- Goniometer bestehende Ortungeanlage au schaffen-, mit deren Hilfe die optischen Achsen, von Zielfernrohr und IR-Gonio-

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meter auf den geforderten Toleranzbereich ausrlchtbär sind.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß zwei optische Achsen mit Hilfe eines Kollimators genau zueinander ausgerichtet werden können, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Anwendung des Kollimatorprinzips auf ein kombiniertes Zielfernrohr-IR-Goniometer-System, die eine gemeinsame Objektivöffnung aufweisen, der Kollimator ein die optische Achse des Zielfernrohres definierende Zielmarke (Fadenkreuz) und eine die optische Achse des IR-Goniometers definierende punktförmige IR-Zielmarke besitzt, die auf einem gemeinsamen Bauteil einander fest zugeordnet sind, und daß der Kollimator über einen Strahlenteiler sowohl dem Zielfernrohr als auch dem IR-Goniometer zugeordnet ist.

Die als Fadenkreuz ausgebildete optische Zielmarke und die IR-Zielmarke sind nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung auf einer Strichplatte fest einander zugeordnet.

Auf diese Weise wird eine hohe Temnaraturunempfindlichlceit und eine hohe -Genauigkeit der Konzentrizitat von Fadenkreuz und Justiermarke erzielt, da diese nur von der Fertigungsgenauigkeit der Strichplatte abhängig ist.

Nach einer bevorzugten /Uisführungsform der Erfindung ist die optische Achse des IR-Goniometers durch elektrische Nuilpunktsverschiebung auf die IR-Zielmarke ausrichtbar. Hierzu ist jedem Signal kanal der Auswerteelektronik eine über ein Potentiometer einstellbare Zusaüzspannung zuführbar, durch die der Signalpegel der Ablagewinkel verkörpernden Signalspannungen linear anhebbar ist. Da durch eine IR-Strahlenquelle die IR-Zielmarke in dan IR-Goniotneter hineinprojeziert wird, kann durch elektrische Nullpunktsverschiebung am IR-Goniometer dieses auf die IR-Zielmarke und damit in bezug auf das Fadenkreuz des Zielfernrohres derart zentriert: werden, daß an seinen elektrischen Ausgängen f'Jr Höhe und Seit-? jeweils rji« AbI-vi ^ Ii'j 11 er^ch^int.

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BADORiGINAL

Eine solche Justierung ist besonders einfach auszuführen. Die Bedienungsperson hat lediglich mittels der Stellglieder zweier Potentiometer das IR-Goniometer so einzustellen, daß an seinen Signalausgängen jeweils die Signalspannung Null erscheint. Die Visier- und Ortungsanlage ist damit zu jeder Jahreszeit feldmäßig einsatzbereit und liefert genaue Lenksignale.

Die Justierung kann aber auch durch mechanisches Verstellen der die optische Achse bestimmenden Bauteile erfolgen.

Nach einem weiteren Merkmal der .Erfindung ist die IR-Zielmarke durch den IR-Strahlungsanteil einer der Fadenkreuzbeleuchtung dienenden Lichtquelle beleuchtet und ist dieser ein für IR-Strahlung undurchlässiges Filter zugeordnet. Es kann aber auch eine in. den Strahlengang schwenkbare Blende vorgesehen werden.

Mit Hilfe des in den Strahlengang der Vorrichtung einschwenkbaren IR-Filters oder -Blende wird die IR-Strahlungsquelle während der Benutzung der Vorrichtung als Visier- und Ortungseinrichtung unwirksam gemacht.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die IR-Strahlungsquelle abschaltbar ausgebildet.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ein Zielfernrohr und ein IR-Goniometer aufweisenden Visier- und Ortungsanlage für einen fernlenkbaren Flugkörper;

Fig. 2 die Strahlengänge von Zielfernrohr und IR-Goniometer der Visier- und Ortungsanlage gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine im Strahlengang der Visier- und "Ortungsanlage befindliche Strichplatte;

*) schwenkbares -6-

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Fig. 4 ein weiteres in Strahlengang gemäß Fig. 2 einschwenkbares Filter.oder Blende;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des Trägers für das Fadenkreuz und die IR-Zielmarke und

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Anlage nach den Figuren 1 und 2.

In einer Visier- und Ortungsanlage 10 ist ein Zielfernrohr ZF und IR-Goniometer IG starr befestigt. Das Zielfernrohr weist einen Einblick 13 und einen Ausblick.14 auf; vgl. Fig. 1. Dem Einblick 13 ist, wie Fig. 2 zeigt, ein Okular L zugeordnet, dessen Strahlengang über Umlenkspiegel E und D über ein Objektiv K und einen Strahlenteiler C sowie über einen Richtspiegel B zum Ausblick 14 führt.

In den Strahlengang dieser ein Zielfernrohr bildenden Teile mit der optischen Achse a wird ein auf einer Strichplatte M befindliches, von einer Lichtquelle N beleuchtetes Fadenkreuz T über den Strahlenteiler C und die Umlenkspiegel D und E in das Okular L projeziert, so daß ein Beobachter F über den Richtspiegel B das Fadenkreuz als im Unendlichen abgebildet betrachten kann. Der Beobachter hat die Aufgabe, durch Seiten- und Höhenrichten des Riehtspiegeis B das Fadenkreuz auf ein Objekt A, nämlich das zu bekämpfende Ziel auszurichten.

Auf der Bildebene des ferner in der Visier- und Ortungsanlage 10 angeordneten IR-Goniometers IG, dessen optische Achse mit b bezeichnet ist, wird der fernzulenkende Flugkörper P, der eine IR-Strahlungsquelle aufweist, über die Umlenkspiegel B und G als Punkt abgebildet. Im Strahlengang zwischen den Umlenkspiegeln B und G befindet sich der schon erwähnte Strahlenteiler C, der für einfallende IR-Strahlung ausreichend durchlässig ist. Das IR-Goniometer ermittelt selbständig die Ablagen des abgebildeten Flugkörpers von der optischen Achse b.
·) den

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Hierzu weist es eine Auswerteelektronik 20 auf, vgl. das Blockschaltbild Fig. 6, an deren Ausgängen, χ und y die der Ablage ζ des in der Bildebene abgebildeten Flugkörpers P von der optischen Achse b nach Höhe und Seite abnehmbar sind. Die Auswerteelektronik weist für den χ und y - Kanal ♦ je eine Eingangsstufe 21 und 22 für die Winkelsignalbildung auf, denen jeweils eine Multiplikationsstufe 23 und 24 sowie je eine Ausgangsstufe 25 und 26 nachgeschaltet sind. Hält der Flugkörper den in Fig. 6 dargestellten Flugweg s bei, so sind am Ausgang der Eingangsstufen jeweils sich mit der Flugzeit t des Flugkörpers P verringernde Spannungen abnehmbar. Im Hinblick auf den trotz gleichen Abstand ζ sich verkleinernden Winkel.*, X' wird in der Multiplikationsstufe 23 das Winkelsignal mit einem Zeitfaktor multipliziert, so daß an der Ausgangsstufe 25 für den dargestellten Fall der Seitenablage eine konstante, dem Abstand ζ proportionale Spannung u abnehmbar ist. Die an den Ausgängen χ und y abnehmbaren Ablagespannungen werden einem Kommandorechner 30 zugeführt, der die erforderlichen, den Flugkörper P auf die optische Achse b zurückführenden Lenkkommandos bildet. Über Potentiometer 27 und 28 können die elektrischen Nullpunkte des Goniometers IG verschoben werden, d.h. in den Eingangsstufen 21 und 22 werden zu den Winkelsignalspannungen dem Winkel β entsprechende konstante Spannungen addiert j um den die optische Achse b des IR-Goniometers gegenüber der optischen Achse a des Zielfernrohres divergiert. Die an dem Ausgang 23 des Kommandorechners 30 abnehmbaren Lenkkommandos werden über eine Drahtleitung oder drahtlos auf den auf sein Ziel fliegenden Flugkörper P übertragen und bringen diesen auf die durch das auf das Ziel, also das Objekt A, ausgerichtete Fadenkreuz des Zielfernrohres bestimmte Visierlinie, die mit der optischen Achse b des IR-Goniometers annähernd übereinstimmt, zurück.

Um die optische Achse b des IR-Goniometers IG zu der op- ■ tischen Achse a des Zielfernrohres ausrichten zu können,

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ist im Strahlengang des Zielfernrohres eine Kollimatoroptik H und auf der Strichplatte M eine IR-Zielmarke Z vorgesehen, die vom IR-Anteil der Strahlung der Lichtquelle N beleuchtet wird. Über den Strahlenteiler C und den Umlenkspiegel G wird die IR-Zielmarke auf der Bildebene des IR-Goniometers abgebildet.

Divergieren die optischen Achsen von Zielfernrohr und IR-Goniometer, so erscheinen bei beleuchteter IR-Zielmarke an den Ausgängen χ und/oder y Ablagesignale. Mit Hilfe der genannten Potentiometer 27 und 28 kann nun das IR-Goniometer elektrisch so justiert werden, daß an den Ausgängen χ und γ keine Ablagesignale, also jeweils die Ablage Null, erscheinen. Dies bedeutet, daß nunmehr die IR-Zielmarke, d.h. die optische Achse des IR-Goniometers IG zur optischen Achse des Zielfernrohres L,E,D,K,C exakt ausgerichtet ist, vgl. Fig. 6.

Die Strichplatte M weist also, wie Fig. 3 zeigt, für das Visieren während des Lenkvorganges ein für sichtbare Strahlung durchlässiges und für IR-Strahlung undurchlässiges Fadenkreuz T und eine lediglich für IR-Strahlung durchlässige Zielmarke Z auf, während alle verbleibenden Teilflächen strahlungsundurchlässig sind.

Ferner ist ein schwenkbar gelagertes, für IR-Strahlen undurchlässiges Filter R vorgesehen, das während des beschriebenen Justiervorganges sich außerhalb, während des Visiervorganges dagegen im Strahlengang befindet und dabei den IR-Strahlungsanteil der Strahlenquelle N abdeckt.

Anstelle eines Filters kann auch eine Blende mit einer im Zentrum angeordneten Öffnung vorgesehen sein.

) Die Anordnung kann aber auch gemäß Fig. 5 so getroffen sein,' daß eine gesonderte IR-Quelle N¹ vorgesehen ist, deren

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Strahlung über ein eine Justiermarke Z' aufweisendes Prisma M¹ in den Strahlengang gebracht wird. Die IR-Quelle N¹ ist abschaltbar ausgebildet und wird nur während des Justiervorganges in Betrieb genommen. In diesem Falle ist auch das Fadenkreuz T·, das von der Lichtquelle N beleuchtet wird, an dem Prisma fest angeordnet,

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die Bauteile B, ■ D,E und G wellenlängenunabhängig total reflektierend und das Bauteil C vom Bauteil B aus nach dem Bauteil K zu im sichtbaren Wellenlängengebiet reflektiert, vom Bauteil H aus nach dem Bauteil K zu für sichtbares Licht ausreichend durchlässig, vom Bauteil H aus nach dem Bauteil G zu für IR-Strahlung ausreichend reflektierend und vom Bauteil B aus nach dem Bauteil G zu für IR-Strahlung ausreichend durchlässig ausgebildet ist.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Ausrichten zweier optischer Achsen mit Hilfe eines Kollimators, dadurch g e k e η π ζ e i c h · net , daß bei Anwendung auf eine kombinierte Zielfernrohr-IR-»Goniometer-Anlage (10), die eine gemeinsame Objektivöffnung (14) aufweist, der Kollimator (H) eine die optische Achse (a) des Zielfernrohres definierende Zielmarke (Fadenkreuz T) und eine die optische Achse (b) des IR-Goniometers (IG) definierende punktförmige IR-Zielmarke (Z.,Z¹) besitzt, die auf einem Bauteil (M,M') einander fest zugeordnet sind, und daß der Kollimator (H) durch einen Strahlenteiler (C) sowohl dem Zielfernrohr (ZF) als auch dem IR-Goniometer (IG) zugeordnet ist.
2._ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Achse (b) des IR-Goniometers (IG) durch elektrische Nullpunktsverschiebung auf die IR-Zielmarke (7) ausrichtbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet _f daß zum Zwecke der Nullpunktsverschiebung jedem SignalJcanal (x,y) der Auswerteelektronik (20) eine über ein Potentiometer (27,28) einstellbare Zusatzspannung BUführbar ist, durch die der Signalpegel der . die AblagewinJcel (Jf ,φ ) verkörpernden Signalspannungen linear anhebbar ist·

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Achse (b) des IR-Goniometers (IG) durch mechanische Feinstellmittel ausrichtbar ist. .
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die lediglich für IR-5trahlung durchlässige 'IR-Zielmarke (Z) und das für sichtbare Strahlung durchlässige,aber für IR-Strahlung undurchlässige Fadenkreuz (T) . eiuf einer gemeinsamen Strichplatte (M) angeordnet sind.
b. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß IR-Zielmarke (Z¹) und Fadenkreuz (T¹) auf den rechtwinklig zueinander stehenden Flächen eines Prismas (M¹) angeordnet sind und der IR-Zielmarke (Z¹) eine abschaltbare IR-Strahlungsquelle (N') zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die IR-Zielmarke (Z) mittels des IR-Anteils einer der Beleuchtung des Fadenkreuzes (T) dienenden Strahlenquelle (N) beleuchtbar ist,

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