DE2454480B1 - IR search and tracking device - Google Patents

IR search and tracking device

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DE2454480B1 DE19742454480 DE2454480A DE2454480B1 DE 2454480 B1 DE2454480 B1 DE 2454480B1 DE 19742454480 DE19742454480 DE 19742454480 DE 2454480 A DE2454480 A DE 2454480A DE 2454480 B1 DE2454480 B1 DE 2454480B1
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    • G02B27/644—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for large deviations, e.g. maintaining a fixed line of sight while a vehicle on which the system is mounted changes course

Description

Weitere Merkmale der Erfindung sehen vor, daß der Detektor bzw. die Detektorreihe mit einem Kühler nach Vuillemier ausgestattet ist. Ein solcher Kühler besitzt ein geschlossenes Kühlsystem, das sich durch seine kompakte Bauweise bei gieichzeitig geringem Eigengewicht auszeichnet. Zweckmäßig ist es ferner, wenn das Gehäuse im Bereich des Eingangsobjektivs von einem sphärisch ausgebildeten Radom aus gesintertem CdTe abgedeckt ist. Dieses nicht hygroskopische Material besitzt hervorragende thermische Eigenschaften: Es ver- trägt aerodynamische Aufheizungen, und seine Absorption steigt bis zu Temperaturen um 200"C nur unwesentlich an. Further features of the invention provide that the detector or the Detector series is equipped with a Vuillemier cooler. Such a cooler has a closed cooling system, which is due to its compact design at the same time characterized by a low dead weight. It is also useful if that Housing in the area of the input lens of a spherical radome is covered from sintered CdTe. This non-hygroscopic material possesses excellent thermal properties: it carries aerodynamic Heating up, and its absorption increases only insignificantly up to temperatures around 200 "C at.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die in den beiden dargestellten Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. In the following an embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail, the two figures shown are mutually exclusive corresponding parts have the same reference numerals.

Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht auf den die Erfindung enthaltenden Teil des Gerätes - zum Teil im Schnitt dargestellt und F i g. 2 die Draufsicht auf ein Gerät gemäß F i g. 1, aus dessen Gehäusewand ein Stück herausgebrochen wurde.It shows F i g. Figure 1 is a side view of that incorporating the invention Part of the device - shown partly in section and FIG. 2 the top view of a device according to FIG. 1, a piece of which was broken out of the housing wall.

Die von dem zeichnerisch nicht dargestellten Flugobjekt abgestrahlte Wärmeenergie gelangt in Pfeilrichtung 24 und in der dem Energieverlust entsprechenden Reihenfolge über das beispielsweise sphärisch ausgebildete Radom 18, das Eingangsobjektiv 1, das Bildaufrichteprisma 2, den Kippspiegel 3, einen aus mehreren optischen Gliedern bestehenden geknickten Strahlengang 4 auf den mit einem Kühler 17 - beispielsweise einem Vuillenmier-Kühler - ausgestatteten Detektor 5. Als Materialien für das Radom kommen im wesentlichen CdTe, Ge oder GaAs und für die Optiken des geknickten Strahlenganges Germanium, Cadmiumtellurid, Irtan 6, Cäsiumjodid oder auch Thalliumbromid in Frage. The radiated from the flying object, not shown in the drawing Thermal energy arrives in the direction of arrow 24 and in the direction corresponding to the energy loss Sequence via the radome 18, which is, for example, spherical, the input lens 1, the image erecting prism 2, the tilting mirror 3, one of several optical members existing kinked beam path 4 on the one with a cooler 17 - for example a Vuillenmier cooler-equipped detector 5. As materials for the radome mainly CdTe, Ge or GaAs and for the optics of the kinked beam path Germanium, cadmium telluride, irtane 6, cesium iodide or thallium bromide are possible.

Durch ein Rotieren des in den Punkten 6 und 7 gelagerten Aufnahmekopfes 21 um die Längsachse 22 wird der Suchbereich, in dem ein Flugobjekt vermutet wird, kreisförmig abgetastet. Der Aufnahmekopf 21 trägt das Eingangsobjektiv 1, das Bildaufrichteprisma 2, den Kippspiegel 3, den geknickten Strahlengang 4 und das Radom 18 und wird von dem Motor 8 angetrieben. By rotating the pick-up head mounted in points 6 and 7 21 around the longitudinal axis 22, the search area in which a flight object is suspected is scanned circularly. The recording head 21 carries the input lens 1, the image erecting prism 2, the tilting mirror 3, the bent beam path 4 and the radome 18 and is of the motor 8 driven.

Außerdem kann das Bildaufrichteprisma 2 für sich zusätzlich noch mit einer im Verhältnis zum Aufnahmekopf 21 abgeänderten Frequenz rotieren; im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotiert es mit halber Frequenz, z. B. mit 5 Hz, so daß der Aufnahmekopf in diesem Fall mit 10 Hz rotieren wird. Die zusätzliche Drehbewegung des Bildaufrichteprismas 2 wird durch den gleichfalls in der Längsachse 22 angeordneten Motor 9 bewirkt und dient im Trackerbetrieb der Bildfeldabtastung.In addition, the image erecting prism 2 can also be used for itself rotate at a frequency changed in relation to the pick-up head 21; in the present Embodiment it rotates at half the frequency, for. B. at 5 Hz, so that the recording head in this case will rotate at 10 Hz. The additional rotation of the erecting prism 2 is driven by the motor 9, which is also arranged in the longitudinal axis 22 causes and serves to scan the image field in tracker mode.

Durch eine weitere - vom Eingangsobjektiv 1, dem Bildaufrichteprisma 2 und dem Kippspiegel 3 gleichzeitig ausgeführte - den vorbeschriebenen Rotationsbewegungen überlagerte Kippbewegung um eine in zur Längsachse 22 senkrechter Ebene angeordnete Kippachse 19 entsteht eine spiralförmige Bewegung. Die Kippbewegung kann je nach Betriebsfall 0,25 bis 1 Hz betragen und wird von dem auf der Achse 19 befestigten Motor 10 erzeugt. Hierbei darf der Kippspiegel 3 lediglich um den halben Winkel der diese Kippbewegung mitmachenden übrigen Elemente verdreht werden, was durch ein zwischen Eingangsobjektiv 1 und Kippspiegel 3 geschaltetes Getriebe 11 erreicht wird. Another - from the input lens 1, the image erecting prism 2 and the tilting mirror 3 executed simultaneously - the rotational movements described above superimposed tilting movement about a plane perpendicular to the longitudinal axis 22 Tilt axis 19 creates a spiral movement. The tilting movement can vary depending on Operational case be 0.25 to 1 Hz and is attached to the one on the axis 19 Engine 10 generated. Here, the tilting mirror 3 may only be half the angle the remaining elements participating in this tilting movement are twisted, which is caused by a gear 11 connected between the input lens 1 and tilting mirror 3 is achieved will.

Für die Regelschleife ist auf der Kippachse 19 ein Tachogenerator 12 vorgesehen. Auf der Längsachse 22 dagegen ist für die Zielkoordinatenauswertung bei Rotationsbewegung sowie für die Polarabtastung bei Trackerbetrieb je ein Winkelgeber 13 bzw. 15 angeordnet, während ein entsprechender Winkelgeber 14 für die Kippbewegung auf der Kippachse 19 befestigt ist. A tachometer generator is on the tilting axis 19 for the control loop 12 provided. On the other hand, on the longitudinal axis 22 is for the target coordinate evaluation one angle encoder each for rotational movement and for polar scanning in tracker operation 13 or 15 arranged, while a corresponding angle encoder 14 for the tilting movement is attached to the tilt axis 19.

Außerdem ist auf der Längsachse 22 noch ein die Spannungsversorgung für die Antriebs- und Referenzsignale der rotierenden Teile überragender Schleifringsatz 16 angeordnet.In addition, the power supply is on the longitudinal axis 22 Outstanding slip ring set for the drive and reference signals of the rotating parts 16 arranged.

Beim Umschalten von Such- auf Trackerbetrieb dient der Rotations- und Kippmechanismus lediglich dem Nachführen des momentanen Bildfeldes. Deshalb wird die automatische Rotations- und Kippbewegung unterbrochen; die Antriebe hängen für diesen Fall in der Servoschleife des Nachführsystems. Zur Abtastung des kleineren Trackerbildfeldes braucht auch das Bildaufrichteprisma 2 lediglich noch mit einer weniger als 25 Hz betragenden Frequenz zu rotieren. Mit dieser Bewegung wird das Bildfeld über den Detektorstreifen gedreht. When switching from search to tracker mode, the rotation and tilt mechanism only tracking the current image field. That's why the automatic rotation and tilting movement is interrupted; the drives hang in this case in the servo loop of the tracking system. For scanning the smaller one The image erecting prism 2 also needs only one tracker image field to rotate at a frequency of less than 25 Hz. With this movement that becomes Image field rotated over the detector strip.

Eine im Gehäuse 20 ebenfalls noch vorgesehene, jedoch nicht näher dargestellte, weil bekannte Elektronik, enthält Multiplexer sowie die für Verstärkung, Punktflächentrennung u. dgl. mehr erforderlichen elektronischen Bauelemente. One that is also still provided in the housing 20, but not in detail The electronics shown, because they are known, contain multiplexers as well as those for amplification, Point area separation and the like. More electronic components required.

Claims (6)

Patentansprüche: 1. IR-Such- und Verfolgungsgerät zum Überwachen eines Raumwinkels von mehreren Steradiant, bei dem die von einem Flugobjekt abgestrahlte Wärmeenergie durch das Eingangsobjektiv eines Aufnahmekopfes auf einen zusammen mit den übrigen Baueinheiten des Gerätes von einem Gehäuse umgebenden Detektor auftrifft, d a du reh g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Detektor (5) feststehend auf der Längsachse (22) des Gehäuses (20) angeordnet ist, dessen Aufnahmekopf (21) mit dem Eingangsobjektiv (1), einem Bildaufrichteprisma (2), einem Kippspiegel (3) und einem geknickten Strahlengang (4) um die Längsachse (22) rotierend ausgebildet ist, während das Bildaufrichteprisma (2) für zusätzliche Bewegungen einmal um die Längsachse (22) und zum anderen zusammen mit dem Eingangsobjektiv (1) und dem Kippspiegel (3) für eine den Rotationsbewegungen überlagerte Bewegung in zur Längsachse senkrechter Ebene verdrehbar ist. Claims: 1. IR search and tracking device for monitoring a solid angle of several steradian at which the radiated from a flight object Heat energy through the input lens of a recording head to one together impinges with the other structural units of the device from a detector surrounding a housing, d a du de g e -k e n n n n z e i c h n e t that the detector (5) is fixed on the The longitudinal axis (22) of the housing (20) is arranged, the receiving head (21) with the Input lens (1), an image erecting prism (2), a tilting mirror (3) and a bent beam path (4) is designed to rotate about the longitudinal axis (22), while the image erecting prism (2) for additional movements once around the longitudinal axis (22) and on the other hand together with the input lens (1) and the tilting mirror (3) for a movement that is superimposed on the rotational movements and is perpendicular to the longitudinal axis Level is rotatable. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Motor (8 bzw. 9) für die Rotation des Aufnahmekopfes (21) und des Bildaufrichteprismas (2), weiterhin je ein Winkelgeber (13 bzw. 15) für die Rotation und die Polarabtastung beim Trackerbetrieb sowie ein Schleifringsatz (16) für die.Spannungsversorgung auf der Längsachse (22) angeordnet sind, während ein weiterer Motor (10) sowie ein Winkelgeber (14) für die Kippbewegung des Prismas (2) und ein das Eingangsobjektiv (1) und den Kippspiegel (3) verbindendes Getriebe (11) auf einer in der zur Längsachse (22) senkrechten Ebene verlaufenden Kippachse (19) angeordnet sind. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that one motor each (8 or 9) for the rotation of the recording head (21) and the image erecting prism (2), furthermore an angle encoder (13 or 15) for rotation and polar scanning during tracker operation and a slip ring set (16) for the voltage supply the longitudinal axis (22) are arranged, while a further motor (10) and an angle encoder (14) for the tilting movement of the prism (2) and the input lens (1) and the Tilting mirror (3) connecting gear (11) on one in the to the longitudinal axis (22) vertical plane extending tilt axis (19) are arranged. 3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufrichteprisma (2) mit einer zum übrigen Aufnahmekopf (21) anderen (z. B. halben) Frequenz rotierend ausgebildet ist. 3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the image erecting prism (2) Rotating with a different (e.g. half) frequency to the rest of the recording head (21) is trained. 4. Gerät nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) gegen eine Detektorreihe austauschbar ist. 4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the detector (5) can be exchanged for a row of detectors. 5. Gerät nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) bzw. die Detektorscheibe mit einem Kühler (17) (z. B. einem Vuillenmier-Kühler) ausgestattet ist. 5. Device according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the detector (5) or the detector disk with a cooler (17) (e.g. a Vuillenmier cooler). 6. Gerät nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsobjektiv (1) von einem am Gehäuse (20) befestigten sphärisch ausgebildeten Radom (18) aus gesinterten CdTe abgedeckt ist. 6. Device according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the input lens (1) is attached to a housing (20) spherical radome (18) made of sintered CdTe is covered. Die Erfindung bezieht sich auf ein IR-Such- und Verfolgungsgerät zum Überwachen eines Raumwinkels von mehreren Steradiant, bei dem die von einem Flugobjekt abgestrahlte Wärmeenergie durch das Eingangsobjektiv eines Aufnahmekopfes auf einen zusammen mit den übrigen Baueinheiten des Gerätes von einem Gehäuse umgebenden Detektor auftrifft. The invention relates to an IR search and tracking device for monitoring a solid angle of several steradians, at which the one Flying object radiated heat energy through the input lens of a recording head on a surrounding together with the other structural units of the device by a housing Detector hits. Aus der DT-PS 15 47 272 ist das optische Prinzip eines automatisch arbeitenden IR-Such- und Verfolgungsgerätes bekannt, mit dem sich in derselben Brennebene nacheinander Wärmebilder unterschiedlicher Bildgröße darstellen lassen. Ferner ist aus der DT-AS 14 73 939 ein optisch-mechanisches Bildfeldabtastsystem bekannt, das Teil eines Raketen-Zielsuchkopfes ist und das nach dem Auffassen eines Zieles bestimmte Steuersignale für die Rakete erzeugt. Beide Druckschriften befassen sich zwar mit der Wärmedetektion und mit speziell gelagerten Trackerproblemen. From DT-PS 15 47 272 the optical principle is an automatic one working IR search and tracking device known to be in the same focal plane have thermal images of different image sizes displayed one after the other. Furthermore is from DT-AS 14 73 939 an opto-mechanical image field scanning system known that Is part of a missile seeker head and is determined after a target has been picked up Control signals for the missile generated. Both publications deal with the heat detection and with specially stored tracker problems. Sie enthalten jedoch keine Aussage darüber, wie die Voraussetzungen für ein möglichst problemloses Handhaben und sicheres Auffinden von Flugobjekten, nämlich der Einsatz eines solchen Gerätes über einen großen Raumwinkel, möglich gemacht werden.However, they do not contain any information about the requirements for problem-free handling and safe finding of flying objects, namely, the use of such a device over a large solid angle is possible be made. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Gerätes der eingangs näher bezeichneten Gattung, das ein Abtasten des Bildfeldes über einen Bildwinkel von annähernd 180" x 1800 erlauben soll. The object of the invention is to develop a device of the type specified in the introduction, which allows scanning of the image field over a Should allow angle of view of approximately 180 "x 1800. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Detektor feststehend in der Längsachse des Gehäuses angeordnet ist, dessen Aufnahmekopf mit dem Eingangsobjektiv, einem Bildaufrichteprisma, einem Kippspiegel und einem geknickten Strahlengang um die Längsachse rotierend ausgebildet ist, während das Bildaufrichteprisma für zusätzliche Bewegungen einmal um die Längsachse und zum anderen zusammen mit dem Eingangsobjektiv und dem Kippspiegel für eine den Rotationsbewegungen überlagerte Bewegung in zur Längsachse senkrechter Ebene verdrehbar ist.According to the invention, this object is achieved in that the detector is fixedly arranged in the longitudinal axis of the housing, the recording head with the input lens, an image erecting prism, a tilting mirror and a kinked one The beam path is designed to rotate around the longitudinal axis, while the image erecting prism for additional movements on the one hand around the longitudinal axis and on the other hand together with superimposed on the input lens and the tilting mirror for one of the rotational movements Movement is rotatable in the plane perpendicular to the longitudinal axis. Ein'solches Wärmeortungsgerät überdeckt praktisch den halben Raumwinkel. Es bietet dadurch einen erheblichen Sicherheitsgrad, beispielsweise im Erfassen feindlicher Flugobjekte. Auch kann man bei dieser Spannweite auf Führungs- oder Einweisungsvorrichtungen verzichten und dadurch ausschließlich passiv arbeiten.Such a heat location device practically covers half the solid angle. As a result, it offers a considerable degree of security, for example when it comes to recording enemy flying objects. With this range you can also go for a guide or Do without instruction devices and thus work exclusively passively. Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß je ein Motor für die Rotation des Aufnahmekopfes und des Bildaufrichteprismas, weiterhin je ein Winkelgeber für die Rotation und die Polarabtastung beim Trackerbetrieb sowie ein Schleifringsatz für die Spannungsversorgung auf der Längsachse angeordnet sind, während ein weiterer Motor für die die Kippbewegung des Prismas sowie ein Winkelgeber und ein das Eingangsobjektiv und den Kippspiegel verbindendes Getriebe auf einer in der zur Längsachse senkrechter Ebene verlaufenden Kippachse angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich eine besonders kompakte Bauform des Gerätes erreichen, ohne daß im Einsatzfall die Geräteachse aus ihrer Stellung verändert zu werden braucht. An advantageous structural embodiment of the invention provides before that one motor each for the rotation of the recording head and the image erecting prism, furthermore one angle encoder each for the rotation and the polar scanning during tracker operation as well as a slip ring set for the voltage supply arranged on the longitudinal axis are while another motor is responsible for the tilting movement of the prism as well Angle encoder and a transmission connecting the input lens and the tilting mirror arranged on a tilt axis running in the plane perpendicular to the longitudinal axis are. In this way, a particularly compact design of the device can be achieved, without the device axis needing to be changed from its position in use. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Bildaufrichteprisma mit einer zum übrigen Aufnahmekopf anderen (z. B. halben) Frequenz rotierend ausgebildet ist. Dadurch wird das momentane Bildfeld im Verlauf der Rotationsbewegung derart gedreht, daß bei Verwendung einer Detektorreihe diese jeweils radial im Bildfeld ausgerichtet bleibt und dadurch ein gleichmäßiger, kreisförmiger Suchstreifen erfaßt wird. An advantageous development of the invention provides that the Image erecting prism with a frequency different from the rest of the recording head (e.g. half) is designed to rotate. As a result, the current image field becomes in the course of the rotational movement rotated in such a way that when using a row of detectors these are each radially in the image field remains aligned, thereby capturing a uniform, circular search strip will.
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