DE2841359C2 - Visier-Verfahren und -Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitende Fernsehdetektorsysteme werden normalerweise an Bord von Flugzeugen bzw. Flugkörpern allgemein verwendet, um Bilder der Erdoberfläche oder anderer Ziele oder Gegenstände im Sichtfeld aufzunehmen bzw. abzutasten, und um diese Bilder den Piloten oder anderen Personen auf einer Kathodenstrahl-Anzeigeeinrichtung sichtbar zu machen. Zu diesem Zweck wird auch ein Laser verwendet, der einen im nicht sichtbaren Bereich liegenden Lichtstrahl auf ein entferntes Ziel oder Target richtet, das in der Sicht-Ziel- bzw. Visierlinie des im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Detektors liegt. Eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren ist in der US-Patentschrift 37 52 587 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird. Selbstverständlich ist es höchst wünschenswert, daß sich die zentrale Sichtlinie des im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Detektors etwa in der Mitte der Anzeigeschirm-Zielmarke bzw. des Anzeigenschirm-Mittelpunkts befindet, und daß die Sichtlinie zum Projelctionsweg des unsichtbaren Laserstrahls ausgerichtet ist.

Bei der zuvor erwähnten US-Patentschrift 37 52 587 wird ein Laserstrahl ausgestrahlt und Bilder im sichtbaren Wellenlängenbereich werden über ein gemeinsames optisches System entlang eines gemeinsamen optischen Weges zum Nachweis empfangen; wenn es wünschenswert oder erforderlich ist, den Zielmarkenmittelpunkt auf dem Anzeigeschirm anzuvisieren bzw. zu kontrollieren, dreht sich im gemeinsamen optischen Weg ein Ablenkelement und lenkt einen Teil des projezierten Laserstrahls auf eine Linse ab. Diese Linse fokussiert den Strahl auf eine lichtundurchlässige Oberfläche, die durch den unsichtbaren fokussierten Laserstrahl perforiert wird. Die lichtundurchlässige Fläche wird von hinten mit einer sichtbar das Licht aussendenden Lichtquelle bestrahlt, und die Perforation wird als heller Fleck über die Fokussierungslinse und das Ablenkelement durch einen Vivikondetektor abgebildet. Die Visierausrichtung kann durch Einstellen des Zielmarkenmittelpunkts auf dem Fernsehanzeigeschirm vorgenommen werden, so daß der Mittelpunkt des Fernsehschirms mit dem hellen auf dem Anzeigeschirm sichtbaren Fleck übereinstimmt, da der helle Fleck der Lage des Laserstrahl-Projektionsweges relativ zu dem angezeigten Bild entspricht.

Bei den herkömmlichen Verfahren wird eine zusätzliche Lichtquelle und ein Verschiebemechanismus benö-

tigt, um eine lichtundurchlässige Fläche zu schaffen, die vom fokussierten Laserstrahl durchlöchert bzw. perforiert wird. Jedes dieser aktiven Elemente erhöht jedoch die Störanfälligkeit der gesamten Vorrichtung und erfordert zusätzliche elektrische Einrich'ungen und einen zusätzlichen Stromverbrauch.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Visiervorrichtung zu schaffen mit einer auf Strahlung ansprechenden Einrichtung, die weder eine Glühlampe noch eine Transportvorrichtung benötigt und einfacher und kostengünstiger und weniger störanfällig ist als die bereits bekannte Vorrichtung, sowie keine zusätzlichen elektrischen Einrichtungen und keinen zusätzlichen Stromverbrauch benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ermöglicht die Kontrolle de>· Visierausrichtung eines im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Fernseh-Detektors mit einem unsichtbaren Laserstrahl, sowie die Kontro'le der Visierausrichtung eines Infrarotdetektors mit demselben Laserstrahl. Darüber hinaus wird das Anvisieren durch Verwenden eines kompakten optischen Systems erreicht, bei dem passive/reaktive Elemente verwendet werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitender Detektor so angeordnet, daß sichtbare Bilder in einem Sichtfeld um eine erste Achse herum auf diesen Detektor auffallen. Ein Laser ist so angebracht, daß ein monochromatischer kollimierter, infraroter Lichtstrahl entlang der ersten Achse projiziert wird. Der im sichtbaren Bereich arbeitende Detektor spricht nicht auf die Infrarotstrahlung an und kann daher die Lage des projizierten Laserstrahls innerhalb des Sichtfeldes nicht nachweisen bzw. kontrollieren. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung zu Visier-Zwecken ein Teil des infraroten, vom Ltser projizierten Lichtstrahls in Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich umgesetzt und diese umgesetzte Strahlung wird an einer entsprechenden Stelle des projizierten Laserstrahls im Sichtfeld auf den im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Detektor gerichtet. Die nachgewiesene, umgesetzte Strahlung erscheint als heller Fleck auf dem Anzeigenschirm und dient als Bezugspunkt für die Zentrierung des Zielmarken-Mittelpunkts auf dem Anzeigeschirm.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Visierausrichtung eines im infraroten Wellenlängenbereich arbeitenden Detektors sowohl mit dem im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Detektor als auch mit dem Infrarotlaser erreicht.

Der Infrarotlaser strahlt Licht außerhalb des detektierten Wellenlängenbereiches ab, so daß der im Infrarotbereich arbeitende Detektor Bilder innerhalb seines Sichtfeldes um eine zweite Achse herum nachweist oder detektiert, die im wesentlichen parallel zur ersten Achse liegt. Um dies zu ermöglichen, ist es erforderlich, einen Bezugspunkt zu erzeugen, der sowohl von dem im sichtbaren Wellenlängenbereich als auch von dem im infraroten Wellenlängenbereich arbeitenden Detektor nachweisbar ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Visier-Target- bzw. Zielmaterial mit den thermischen Eigenschaften eines Graustrahlers verwendet, um die Laserstrahlung nachzuweisen bzw. zu empfangen. Das Zielmaterial weist auch thermische Isolationseigenschzften auf, so daß die Abmessung des Flecks, der sich aufgrund der konzentrierten Laserstrahlenergie ergibt, nicht größer wird. Der Laserlichtstrahl wird daher abgetastet bzw. nachgewiesen, daß ein Teil dieses Laserlichtstrahls von der Projektionsachse weg abgelenkt und der abgelenkte Teil des Laserlichtstrahls auf einen vorgegebenen Punkt fokussiert wird. Das Visier-Targetmaierial ist an diesem vorgebenen Punkt angeordnet und wird durch die

ίο fokussierte Strahlung erhitzt, bis es Strahlung sowohl im detektierbaren Infrarot- als auch im detektierbaren sichtbaren Bereich emittierL Die emittierte Strahlung wird dann wieder sowohl auf den im Infrarotbereich als auch auf den im sichtbaren Bereich arbeitenden Detektor zurückgelenkt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also ein kollirnierter Projektionslichtstrahl mit einer einzigen Wellenlänge und ein Bilddetektor, der auf einen Wellenlängenbereich anspricht, verwendet. Bei dem erfindungsgemäßen Visierverfahren wird ein Teil des projizierten Strahls abgetrennt, der abgetrennte Teil des projizierten Strahls auf einen vorgegebenem Punkt eines Visier-Target-Materials fokussiert, bis; dieses Material in Abhängigkeit von der Bestrahlung Licht in dem genannten Wellenlängenbereich emittiert, und die emittierte Strahlung wird auf den Bilddetektor in einer Sichtfeldlage kollimiert, die der Lage des projizierten Strahls entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung in einer nicht betriebsbereiten bzw. »verstauten« Stellung,

Fig.2 eine Ausführungsform der Erfindung in einer betriebsbereiten oder »Visier<(-Stellung, und Fig. 3 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein im sichtbaren Wellenlängenbereich

♦o arbeitender Detektor und ein im Infrarotbereich arbeitender Detektor so angeordnet, daß von ihren entsprechenden Sichtfeldern Bilder um die parallelen Achsen auf sie auffallen. Diese Anordnung ist in F i g. 1 dargestellt, bei der ein Bild durch die Objektivlinse 8 eines im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Detektors 6, beispielsweise einer Vidikon-Kamera, auf diese auffällt. Die optische Achse des im sichtbaren Bereich arbeitenden Detektors 6 ist mit A-A'bezeichnet und liegt annähernd zentrisch bezüglich dem Sichtfeld des Objektivs 8.

Ein im Infrarotbereich arbeitender Detektor 10 ist in F i g. 1 ebenfalls dargestellt, auf den von seinem Objektiv 12 fokussierte Bilder innerhalb eines Sichtfeldes um eine mit ß bezeichnete Mittelachse auffällt.

Ein Laserstrahlprojektor 2 ist so angebracht, daß ein paralleler monochromatischer, infraroter Strahl entlang einer Projektionsachse A "-A gerichtet ist, wobei die Achse A sowohl für die optische Achse des im sichtbaren Bereich arbeitenden Detektors 6 als auch für die Projektionsachse des Laserstrahlprojektors gemeinsam ist.

In Fig. 1 ist das Visiersystem 20 in der »verstauten« Stellung bzw. in der nicht betriebsbereiten Lage dargestellt, bei der die optischen Elemente in eine Lage

^b5 gedreht werden, daß sie nicht das Gesichtfeld der Detektoren oder des Laserstrahls stören oder unterbrechen.

Das Visiersystem 20 ist um eine Welle 22 und eine

Achse C drehbar, so daß es entweder in die nicht betriebsbereite, »verstaute« Lage oder in die betriebsbereite »Visier«-Lage gebracht werden kann.

In F i g. 2 ist das Visiersystem 20 in die betriebsbereite Lage gedreht, in der ein Spiegel 32 in einem Teil des projizierten von einem Strahlteiler 5 hindurchgelassenen Laserstrahls, liegt.

Aus den F i g. 2 und 3 ist zu ersehen, daß der Teil des Laserstrahls, in dem der Spiegel 32 liegt, durch den Spiegel 32 auf den entsprechenden Spiegel 34 reflektiert wird, wobei die beiden Spiegel 32 und 34 in einem Gehäuse 30 angebracht sind und ein Rhomboid- bzw. Parallelogramm-Spiegelpaar bilden. Der kollimierte Strahl, der an Spiegel 34 reflektiert wird, wird mit einem Parabolspiegel 36 auf einen vorgegebenen Brennpunkt fokussiert, der mit der Lage eines Visier-Targetmaterials 26 übereinstimmt. In diesem Falle dient die Anordnung und die Winkelausrichtung des Spiegels 34 dazu, den Brennpunkt des Spiegels 36 außerhalb der Achse und auf das Visier-Targetmaterial 26 zu legen.

Das Visier-Targetmaterial 26 ist für den vorliegenden Fall in bestimmter Weise aufgrund seiner thermischen Graustrahler-Eigenschaften ausgewählt, die es ermöglichen, die fokussierle Infrarot-Laserstrahlung zu absorbieren und einen breiten Wellenlängenbereich entsprechend zu emittieren, der einen detektierbaren sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich umfaßt. Für das Visier-Targetniaterial sind natürlich auch die isolierenden Eigenschaften wichtig, da es äußerst wünschenswert ist, eine Verbreiterung bzw. Zerstreuung des fokussierten Laserstrahls über den vorgegebenen Punkt hinaus zu verhindern, sowie auch von diesem Visier-Targetmaterial eine relativ kleine Emissionsstelle aufrechtzuerhalten. Materialien wir gesinterte Kohlekörnchen, Kalziumsilikat und Asbest haben sich zur Verwendung als Visier-Targetmaterial 26 als äußerst vorteilhaft herausgestellt.

Bei allen zuvor beschriebenen Materialien wurde festgestellt, daß die Absorption im Infrarotbereich eine entsprechende Emission im ultravioletten, sichtbaren ι und infraroten Bereich ergibt, und diese Materialien wurden auch sehr vorteilhaft für die Visierausrichtung eines im ultravioletten Wellenlängenbereich arbeitenden Detektors verwendet werden können.

Das vom Visier-Targetmaterial 26 emittierte Licht κι wird vom Spiegel 34 auf den Parabolspiegel 36 reflektiert, der es in einer zu den Achsen A und B parallelen Richtung kollimiert. Ein mittlerer Bereich der emittierten Strahlung wird vom Spiegel 34 auf den Spiegel 32 und auf den Strahlteiler 5 als heller Fleck Ii reflektiert, der von der Vidikon-Kamera 6 aufgenommen wird. Die übrige kollimierte Strahlung vom Parabolspiegel 36 gelangt durch das Objektiv 12 des im Infrarotbereich arbeitenden Detektors, und die entsprechende infrarote Komponente dieser Strahlung wird »ο von dem im !nfrarotbereich arbeitenden Detektors 10 festgestellt.

Das im nicht sichtbaren Bereich liegende, vom Laser 2 kommende Licht, kann also im Sichtfeld von dem im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitenden Detektor !■> 6 als heller Fleck in der Mitte des Anzeigeschirms und als kreisförmiges Bild von dem im Infrarotbereich arbeitenden Detektor 10 festgestellt werden.

Bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein im ο sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitender Detektor, der Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 0,5 bis 0,7 μπι detektiert, ein im Infrarotbereich arbeitender Detektor, der Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 8 bis 12 μΐη detektiert, und ein Laser verwendet, der Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1,06 μπι abstrahlt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit einem Laser, der einen Lichtstrahl einer ersten Wellenlänge entlang einer ersten Achse auf ein entferntes Ziel ausstrahlt, einer Nachweiseinrichtung, die von dem fernen Ziel längs der ersten Achse kommende Strahlung in einem Wellenlängenbereich, der die erste Wellenlänge nicht einschließt, detektiert, und einer Kontrolleinrichtung, die die Ausrichtung der Nachweiseinrichtung mit dem entlang der ersten Achse verlaufenden Laserstrahl kontrolliert, wobei die Kontrolleinrichtung eine Ablenkeinrichtung, die einen Teil des Laserlichtstrahis von der ersten Achse weg anlenkt, eine Fokussierungseinrichtung, die den abgelenkten Teil des Laserstrahls auf einen vorgegebenen Punkt fokussiert, und eine auf Strahlung ansprechende Einrichtung aufweist, dia den fokussieren Lichtstrahl empfängt und in Abhängigkeit davon einen Lichtstrahl in wenigstens dem besagten Wellenlängenbereich zur Fokussierungsrichtung hin abstrahlt, wobei die Fokussiereinrichtung den abgestrahlten Lichtstrahl zur Ablenkeinrichtung hin parallel richtet bzw. kollimiert und die Ablenkeinrichtung den parallel gerichteten, abgestrahlten Lichtstrahl zu den Nachweiseinrichtungen richtet, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Strahlung ansprechende Einrichtung (26) aus einem Material besteht, das bei konzentrierter Bestrahlung mit einem Licht einer ersten Wellenlänge Licht einer so anderen Wellenlänge abstrahlt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Strahlung ansprechende Einrichtung (26) aus einem Material besteht, dessen thermische Eigenschaften einem Graustrahler ahn- s"> lieh sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge im Infrarotbereich und der besagte Wellenlängenbereich im sichtbaren Bereich liegt. ·»«

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge im Infrarotbereich und der besagte Wellenlängenbereich in einem abgetrennten Teil des Infrarotbereiches liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Strahlung ansprechende Einrichtung (26) aus gesinterten Kohlekörnchen besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Strahlung ansprechende Einrichtung (26) aus Calciumsilicat besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Strahlung ansprechende Einrichtung (26) aus Asbest besteht.

8. Verfahren zur Schaffung einer Ausrichtungsbeziehung zwischen der Sichtlinie eines ersten Detektors, der auf Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs anspricht, und einem parallel gerichteten bzw. kollimierten Lichtstrahl entlang einer zweiten Sichtlinie, die im wesentlichen parallel der Sichtlinie des ersten Detektors liegt, wobei der kollimierte Lichtstrahl eine zweite Wellenlänge außerhalb des ersten Wellenlängenbereichs aufweist, mit folgenden Verfahrenschritten: Ablenken eines Teils des parallel gerichteten Lichtstrahls von der zweiten Sichtlinie weg;
Fokussieren des abgelenkten Teils des kollimierten Lichtstrahls auf einen vorgegebenen Punkt; Anordnen einer Einrichtung an diesem vorgegebenen Punkt, die in Abhängigkeit von der auftreffenden fokussieren Strahlung von diesem vorgegebe-. nen Punkt Strahlung in wenigstens dem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, und Koilimieren der emittierten Strahlung parallel zur besagten Sichtlinie in einer Richtung zum ersten Detektor hin, dadurch gekennzeichnet, daß man an dem vorgegebenen Punkt ein Visier-Zielmaterial mit Grau-Strahlereigenschaften anordnet, das die fokussierte Strahlung absorbiert und in Abhängigkeit hiervon Strahlung in wenigstens dem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt.