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Optische Anordnung für ein Zielverfolgungsverfahren (Zusatz zu Patent
.... (Pat.Anm.: P 22 26 372) Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung
für ein Zielortungsverfahren unter Verwendung von zeilenförmiger Abtastung durch
einen Bildpunkt, dessen Größe gegeben ist durch die Abbildung des Detektors in die
Gegenstandsebene, insbes.nach Patent .......).
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Es sind Einrichtungen zur Zielverfolgung bekannt, welche mit Scheiben
arbeiten, bei denen Öffnungen, bevorzugt in Form von radialen Schlitzen, vorgesehen
sind. Ein Aus führungsb eispi el für diese Art von Zielverfolgungä-Einrichtungen
ist in der U.S.-Patentschrift 2 981 843 beschrieben. Dort ist im Strahlengang eine
mit radialen Schlitzen versehene Scheibe angeordnet, welcher ein rotierender und
dabei Taumelbewegungen ausführender Spiegel nachgeschaltet ist. Liegt das Ziel außerhalb
der Achse des optischen Systems, so wird in einem Detektor ein frequenzmoduliertes
Empfangssignal erzeugt.
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Diese Frequenzmodulation wird umso geringer, je kleiner die Ablage
des Zieles von der optischen Achse ist und hat bei genauer Ausrichtung den Wert
Null.
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Derartige Einrichtungen haben zunächst den Nachteil, daß durch die
Verwendung der geschlitzten Scheibe die Empfindlichkeit herabgesetzt wird. Außerdem
ergibt sich eine Schwierigkeit
dadurch, daß die die Zielablage beinhaltende
Modulation (Frequenzmodulation) bei genauer-Ausrichtung den Wert Null aufweist.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 537 103 ist eine Vorrichtung zum
Abtasten von Infrarotbildern bekannt, die mit Hilfe eines rotierenden und kippbaren
Spiegels eine spiralige Abtastbahn des Bildfeldes erzeugt. Diese Anordnung dient
dazu, eine gleichmäßige Abtastung des gesamten Bildfeldes zu ermöglichen, was zur
Folge hat, daß die Empfindlichkeit der Abtast-Einrichtung im gesamten Bildfeld gleich
bleibt.
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Darüber hinaus tritt auch hier im Mittelpunkt des Bildfeldes ein Minimum
an Modulation auf. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin,
daß nach Erreichen des Mittelpunktes in einem Sprung der Bildpunkt wieder auf die
äußere Bahn der Spirale zurückgeführt werden muß.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 813 743 ist eine Anordnung zur
Abtastung eines Feldes in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen bekannt,
bei der ein Bildpunkt erzeugt wird,weloher durch Rotation zweier Prismen in der
Art eines beim Fernsehen verwendeten Linienrasters verschoben wird.
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Diese zeilenförmige Abtastung des Bildfeldes hat ebenfalls den den
für Zielverfolgungseinrichtungen erheblichen Nachteil, daß die Abtastbewegung Je
Durchlauf nur einmal die Mitte des Bildfeldes berührtWnd die Empfindlichkeit über
das gesamte Bildfeld konstant bleibt. Bei Zielverfolgungseinrichtungen findet aber
neben dem Erfassungsvorgang stets auch ein längerer Verfolgungsvorgangestatt@rvbei
dan das @@miel im wesentlichen in der Mitte des Bildfeldes liegt,
Der
vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine optische Anordnung für ein Zielverfolgungsverfahren
der eingangs genannten Art bezieht, liegtdie Aufgabe zugrunde, das Auflösungsvermögen
einer derartigen optischen Einrichtung so weitgehend zu verbessern, daß die Zielverfolgung
besonders genau und sicher erfolgen kann.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß a) das
Bildfeld zeilenförmig in radialer Richtung durch eine erste Abtastbewegung abgetastet
wird, b) das Bildfeld in polarer Richtung durch eine zweite Abtastbewegung mit einer
solchen Geschwindigkeit gedreht wird, daß mindestens im mittleren und inneren Teil
des Bildfeldes ein Versatz benachbarter Zeilen bei Verwendung eines Detektor elementes
von gleich oder kleiner Biidpunktb1reite oder bei n Detektorelementen von Bildpunktbreite
mal Zahl n der Detektorelemente entsteht, so daß sich ein geschlossenes Raster ergibt.
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Damit ist sichergestellt, daß zumindest im mittleren und ins neren
Teil des Bildfeldes, also für einen bestimmten Bildfelddurchmesserbereich, jedes
die Empfindlichkeitsschwelle überschreitende Zielobjekt erfaßt wird. Besonders vorteilhaft
ist dabei die sich durch die zunehmende uberlappung der Zeilen ergebende Zunahme
der Empfindlichkeit in Richtung zur Bildmitte. Der Verf olgungsvorgang, bei dem
die Zielachse bereits ganz oder weitgehend auf das Ziel ausgerichtet ist, erfolgt
somit in diesem besonders günstigen Bereich, Besonders zweckmäßig ist es, das gesamte
Bildfeld so abzutasten, daß für den größten Bildfelddurchmesser der Versatz
benachbarter
Zeilen gerade gleich der Bildpunktbreite ist.
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Damit ist die lückenlose Abtastung des gesamten Bildfeldes sichergestellt.
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Für den Pall, daß der Versatz im äußeren Teil des Bildfeldes größer
gewählt wird als die Bildpunktbreite, können die so entstehenden Stücken vorteilhaft
dadurch ausgeglichen werden, daß in einem zweitender,allgemein ausgedrückt, p-ten
Teilbild diese Bücken überdeckt werden und so nach p Teilbildern ein vollständiges
Raster entsteht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den grundsätzlichen Aufbau
einer Zielverfolgungsanordnung nach der Erfindung, Fig. 2 Einzelheiten des Bildfeldes
bei Verwendung eines einzigen Detektors, Fig. D Einzelheiten des Bildfeldes bei
Verwendung mehrerer Detektoren.
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In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Zielverfolgungsanordnung
dargestellt. Im einzelnen durchläuft der Empfangsstrahl ein Objektiv OB, eine mit
;tR0 rotierende Reversionsoptik RO, ein mit (tpp rotierendes Polygonalprisma PP
und gelangt so zu einem Detektor DT, der zweckmäßig in einem entsprechend gekühlten
Gehäuse angeordnet ist. Darüber hinaus ist ein Winkeln zähler WRO für die Bestimmung
des jeweils von der Reversionsoptik RO eingenommenen Winkels {fo sowie ein Winkelzähler
WPP
für die Bestimmung des jeweils vom Polygonalprisma PP eingenommenen
Winkels > pp ivorg-esehen. In einer Verknüpfungsschaltung VSS treffen die Winkelwerte
fpp und fRO mit einem Signal zusammen, das bei Auftreten eines Zieles (z.B. eines
leuchtenden oder infrarot strahlenden Punktes in einer bestimmten Richtung des Blickfeldes)
vom Ausgang des Detektors DT zur Verknüpfungs- und Steuerschaltung VSS geliefert
wird. Dieses Signal markiert zusammen mit den jeweiligen Winkelwerten fRG un.'1d
fpp die Ablage des Zieles von der Zielachse ZA der Anordnung und löst in bekannter
Weise einen Nachsteuerbefehl aus, welcher eine solche Verstellung der Zielverfolgungsanordnung
bewirkt, daß die Zielachse ZA zunehmend genauer auf das Ziel- ausgerichtet wird.
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Die vom Polygonalprisma PP verursachte Abtastbewegung verläuft zeilenförmig,
während die Reversionsoptik eine polare Abtastbewegung ergibt.
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Links vom Objektiv OB ist die Gegenstandsebene GE durch einen Kreis
angedeutet, also gegenüber der Wirklichkeit um 900 gedreht. Der empfindliche Bereich
des Detektors DT ist in einer um 900 gedrehten Lage in Fig. 1 angedeutet und mit
a (rechts) bezeichnet. Dieser empfindliche Bereich wird-durch die optische Anordnung
in einem Bildpunkt BP1 in der Gegenstands ebene transformiert, dessen Durchmesser
dort mit d bezeichnet ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Gegenstandsebene
auf. die empfindliche Schicht des Detektors DT abgebildet wird. Die Reversionsoptik
RO und das Polygonalprisma PP bewirken durch ihre Drehbewegungen, daß der auf dem
Detektor DT jeweils abgebildete
Bildpunkt in der angedeuteten Weise
in radialer Richtung über den Bildfeldbereich verschoben wird, z.B. von der mit
BP1 bezeichneten Lage zu der mit BP11 bezeichneten Lage.
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In Fig.2 ist in der Gegenstandsebene ein erster, kleinerer Bilddurchmesser
mit D1 (entsprechender Radius r1) und ein gröderer, zweiter Bilddurchmesser mit
D2 bezeichnet. Es ist dabei davon ausgegangen, daß ein einziger Detektor DT verwendet
wird und daß eine vollständige Erfassung (geschlossenes Raster) im gesamten Bereich
des Bilddurchmessers Dl erzielt werden soll. Zur Vereinfachung ist darüber hinaus
zunächst angenommen, daß die Bildpunkte geradlinig über den Bilddurchmesser, d.h.
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über eine Zeile, bewegt werden. Die erste Zeile wird, ausgehend von
BP1, über den Mittelpunkt nach BP1' geschrieben und ergibt einen Abtast-Streifen
von der Breite d des Bildpunktes. Nach Erreichen des Bildpunktes BP1' erfolgt ein
dunkel getasteter Rücksprung an die Stelle des Bildpunktes BP2, und zwar genau neben
den Bildpunkt BP1. Benachbarte Bildpunkte, z.B, BP1 und BP2 bzwo BP1' und BP2',
stoßen im Bereich des Durchmessers Dl genau aneinander. Aus Fig.2 ist ersichtlich,
daß bei einer Drehung der Zeilen, ausgehend von BP1 bis BPq, also um 1800, auch
der untere Halbkreis, ausgehend von BP1' bis BPq', mit abgetastet wird. Eine halbe
Bilddrehung ergibt somit bei Abtastung über den Durchmesser ein volles Bilds Die
Bildpunktzahl b pro Zeile ist für den Durchmesser Dl gegeben als b = Dl Die Zeilenzahl
q pro vollständigem Bild errechnet sich zu
Bei einer Reversionsoptik RO nach Fig.1 rotiert die optische.
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Achse doppelt so schnell wie die mechanische Achse" so daß die Beziehung
gilt, wobei kp die Kantenzahl des Polygonalprismas PP ist.
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Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, ergibt sich zur Mitte des Bildfeldes
hin eine zunehmend größer werdende Empfindlichkeit, weil hier die einzelnen Zeilen
durch ihre Breite d sich zunehmend überdecken. Die Zunahme der Empfindlichkeit nach
innen geht mit r h wobei r der jeweilige Radius ist, und erreicht ihren Grenzwert
in der Mitte, und zwar gegeben durch den Durchmesser d des Bildpunktes.
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Außerhalb des Bilddurchmessers Dl treten Bereiche auf, in denen der
Bildfeldbereich nicht mehr vollständig abgetastet wird. Diese Lücken in einem gegebenenfalls
erweiterten Erfassungsbereich D2 sind durch die schraffierten, sektorförmigen Teile
im Bereich zwischen D1 und D2 rechts von Fig.2 angedeutet. Ein Bildpunkt BPt, welcher
genügend weit außerhalb von D1 und vollständig in einem solchen schraffierten Bereich
liegt, würde nicht erfaßt werden Sofern dies nicht in Kauf genommen werden soll,
kann z.B. durch Verwendung-von Teilbildverfahren ein vollständiges Raster erzeugt
werden. Ist D2 = p D1 , wobei p ganzzahlig ist, dann sind p entsprechend verschobene
Teilbilder notwendig, die jeweils um Zeilenbreite ( = Bildpunkt breite d) gegeneinander
zu verschieben sind. Im Überdeckungs bereich der Zeilen , d.h. innerhalb von Dl,
bleibt die hohe Empfindlichkeit auch in diesem Pall erhalten.
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Die Überlagerung der Drehbewegungen der Reversionsoptik RO und des
Polygonalprismas PP nach Fig.1 ergibt abweichend von der bisherigen idealisierten
Betrachtungsweise keinen geradlinigen Durchlauf der Zeilen, z.B, von BP1 nach BP1',
sondern eine leicht gekrümmte Abtastung. Für zwei benachbarte Bildpunkte BPm und
BPn ist der Zeilenverlauf in Fig.2 eingezeichnet, wobei die Krümmung zur Vereinfachung
der Darstellung besonders groß wiedergegeben ist. Sofern die Rückstellzeit (Sprung
von BPm' nach BPn) klein ist gegenüber der Durchlaufzeit für eine Zeile (z.B. von
BPm nach BPm') treten im Bereich von Dl keine Lücken im Raster auf.
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Anstelle der in Fig.1 gezeigten Ablenkeinrichtungen RO und PP können
auch andere bekannte Ablenkanordnungen verwendet werden, die eine radiale und eine
polare Ablenkung ergeben.
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Es ist auch möglich, anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Durchmesserabtastung
so zu verfahren, daß die Abtastbewegung nur vom Bildfeldrand zur Bildmitte und zurück
erfolgt oder umgekehrt <(Radiusabtastung).
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In Fig.3 ist ein Bildfeld für den Fall dargestellt, daß fünf Detektoren
in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Es werden somit bei einem Zeilendurchlauf
von Bildrand zu Bildrand fünf Zeilen, allgemein ausgedrückt n Zeilen, abgetastet.
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Der Versatz bei der nächsten Zeile ist demnach für ein lückenloses
Raster gleich n.d zu wählen.
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3 Figuren 6 Patentansprüche