DE3117421A1

DE3117421A1 - "optisches geraet zum analysieren eines raeumlichen felds und zum ermitteln der winkellage eines strahlenden gegenstands in diesem feld"

Info

Publication number: DE3117421A1
Application number: DE19813117421
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre 78140 Velizy Fouilloy; Fernand Rene 92330 Sceaux Loy; Claude 92500 Rueil Malmaison Pirolli
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1981-05-02
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB2075789A; FR2481794A1; FR2481794B1

Description

N. V. Philips' Gioeiiampenfabriekeij, Endhovsn ' oi-n/oi

ο ι ι / k ι ι

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"Optisches Gerät zum Analysieren eines räumlichen Felds und zum Ermitteln der Winkellage eines strahlenden Gegenstands in diesem Feld"

Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät zum Analysieren eines räumlichen Felds und zum Ermitteln des Winkels eines strahlenden Gegenstands in diesem Feld mit einem optischen Feldabtastsystem und einem Detektionssystem

zum Detektieren des Bilds des optischen Systems.

Der Anwendungsbereich der Erfindung liegt in der Detektion und in der Verfolgung eines, sichtbare oder unsichtbare Strahlung aussendenden Gegenstands, der in der weiteren Beschreibung mit Ziel bezeichnet wird, und kann in Form eines Infrarot-Selbstrichters als Teil eines automatisch auf das Ziel gelenkten Flugkörpers eingebaut werden.

In diesem Anwendungsbeispiel wird ein optischer Empfänger mit einem fotoelektrischen Detektor zum Fokussieren und Detektieren der Strahlung aus dem Beobachtungsfeld mit einer bestimmten Öffnung kombiniert, der auf die optische Vlsierachse zentriert ist. Die einfallende Strahlung enthält die Nutzstrahlung von dem zu detektie-

2Q renden und zu ortenden Ziel, wenn es sich im beobachteten Feld befindet, und die von den in diesem Feld vorhandenen Störquellen erzeugte Störstrahlung. Ohne zusätzliche Massnahmen ist eine Zieldetektion mit einem guten Signal-Rauschabstand nicht möglich. Dabei ist der aus dem Ziel ankommende Fluss im allgemeinen schwach in bezug auf den aus dem Hintergrund ankommenden Störstrahlungsfluss, d.h. auf den Fluss aus dem beobachteten Raum ausserhalb des Ziels.

Zum Beispiel ist aus der FR-PS 2 420 λΗΙ± bekannt, den Signal-Rauschabstand durch eine räumliche Abtastung des fokussierten Feldbilds zu vergrössern, das von einer mit einem Gitter versehenen verschiebbaren Maske fokussiert wird. Die Abmessungen des Gitters entsprechen den Abmes-

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sungen des zu detektierenden Bilds so dass eine räumlichen Filterung durchgeführt wird für eine Verringerung der Strahlung der Störstrahlungsquellen, deren Abmessungen von den Abmessungen des Ziels abweichen. Diese Systeme sind besonders einfach und zuverlässig, wenn das Ziel im Systemfeld allein auftritt oder wenn der Hintergrund sehr einheitlich und der Kontrast des Ziels gegen den Hintergrund stark ist. Ihr Fehler ist es, dass sie bei mehreren Zielen mit gleicher Intensität im Feld, wie z.B. künstlichen Störobjekten, wenn es sich um die Detektion militärer Ziele handelt, oder natürlichen Störobjekten, wie sie in der Landschaft auftreten, ¥olken, Horizont, Bodenhindernisse, falsche Abstände liefern,

wobei zwischen den Zielen also kein Unterschied mehr 15

gemacht werden kann, umso mehr weil diese Gittermaske-

systeme aus dem vom Detektor oder von den Detektoren gelieferten Signal ein Bild der Landschaft zusammenstellen. Andere optische Geräte zur Verwendung in

Selbstrichtern arbeiten auf einem anderen Prinzip. Sie 20

gehören der Kameras mit optisch-mechanischer Abtastung oder der Gattung der Fernsehkameras an, in denen die Feldanalyse in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen erfolgt. Diese Kameras können die Koordinaten eines jeden Punkts im Feld liefern. Die Selbstrichter mit diesen Geräte bieten einige Vorteile: Sie ermöglichen die ¥ahl des Ziels im Bild und die Anpassung des Analysenfelds an die Abmessungen dieses Ziels, wobei dieses Feld also sehr klein ist und eine besonders wirksame, räumliche Filterung des Felds möglich wird; die Verarbeitung

des Bilds kann durch die Erzeugung eines dem beschriebenen Ziel zugeordneten Verarbeitungsfensters erfolgen, wodurch landschaftliche (Wolken, Horizont, Bodenhindernisse) oder künstliche Störquellen aus dem Bild beseitigt werden. Das System zum Abtasten in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen dieser Geräte ist ziemlich kompliziert und arbeitet bei einem Flugkörper mit einzelnen mechanischen Mitteln, die am Flugkörper nicht vorhanden

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sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

ein Gerät zu schaffen, das die Nachteile der Gittermaskegeräte nicht hat und für die Feldabtastung Mittel benutzt, die sich im allgemeinen an Bord eines Projektiels befinden, insbesondere die Stabilisationsgyroskope des Projektiels.

Diese Aufgabe wird mit einem optischen Gerät erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass nicht mehr eine Feldabtastung in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen durchgeführt wird, sondern eine mechanische Abtastung in einem Kreis um eine Drehungsachse, welche Drehungsachse bei der Montage des Geräts in einem Flugkörper die Kreiselachse eines Gyroskops sein kann, mit

dem der Flugkörper ausgerüstet ist.

Das Analysesystem bietet den Vorteil, dass

es einfach ist und ein elementares Analysefeld mit verringerten, an die Abmessungen des zu detektierenden Ziels

angepassten Abmessungen darstellt, wodurch faktisch eine 20

sehr hohe Wirksamkeit bei der räumlichen Filterung zur Beseitigung der natürlichen landschaftlichen und der künstlichen Störquellen erreicht wird.

Das erfindungsgemässe Gerät ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Feldabtastsystem enthält: ein konvergierendes Objektiv und ein optisches Element mit einem um eine parallel zur optischen Achse des Objektivs verlaufende Achse rotierenden Teil welches optische Element derart aufgebaut und angeordnet ist, dass die Brennebene des gesamten optischen Systems senkrecht zur

Rotationsachse verlauft und dass es das Feldbild in der Brennebene drehen lässt, und dass das System mit festen Detektoren in der Feldbildebene oder Mittel zum Abtasten des Feldbilds mit einem beweglichen Bild eines festen Detektors.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achse des konvergierenden Objektivs mit der erwähnten Drehachse deckt,

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und dass das optische Element mit Drehteil derart ausgelegt ist, dass der hintere Brennpunkt des optischen Systems auf der Objektivachse liegt und das Feldbild um diesen hinteren Brennpunkt in der Brennebene drehen lässt über einen Winkel der des doppelten ist des Drehwinkels des Drehteils. Das System zum Detektieren des Bilds kann eine Teste Gruppe von Detektoren in der Brennebene eathalton, wobei die De Lektoren in einer oder mehreren Reihen angeoi"dnet sind und eines der E_nden

dieser Gruppe sich mit dem hinteren Brennpunkt deckt.

Das Feldbild läuft während der Drehung längs der festen Detektorreihe und die Ortung des zu detektierenden Gegenstands erfolgt mit Polarkoordinaten ( ~ , ~r ) , wo '■ der

Abstand zwischen dem hinteren Brennpunkt und dem (oder 15

den) Detektor(en), vor dem oder den das Bild des Gegenstands passiert, und \y der WiniceI zwischen der Reihe und einer IJrsprungsrich turig in der Bildebene ist.

Eine erste Abwandlung dieser ersten Ausführungs—

form ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element 20

mit Drehteil hinter dem Objektiv angeordnet ist und dass es aus einem festen Reflektionsspiegel senkrecht zur Drehachse oder aus einem katadioptrischen, reflektierenden Element besteht, wobei der Drehteil ein Gefüge

von flachen Spiegeln ist, die einen rechten Flächenwinkel 25

bilden, dessen Kante senkrecht zur Drehachse verläuft, wobei die JSpiegel gleichermassen geneigt in bezug auf die Drehachse angeordnet sind.

Nach einer zweiten Abwandlung ist das optische Element mit Drehteil ein um die Drehachse drehendes Gefüge von drei Spiegeln, von denen einer parallel zur Drehachse verläuft und die beiden anderen Spiegel gleiche gegenüberliegende Neigungswinkel relativ zu dem ersten Spiegel und der Drehachse aufweisen.

Nach einer dritten Abwandlung ist das optische Element mit Drehteil ein um eine Achse drehendes Pe*chan-Prisma, welche Achse senkrecht zu den flachen Eintrittsflächen und Austrittsflächen des Pe"chan-Prismas verläuft.

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Nach einer vierten Abwandlung ist das optische Element mit Drehteil ein Wollaston-Prisma, das sich um eine Achse parallel zur reflektierenden Fläche des erwähnten Prismas dreht.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des Objektive nicht mit der Drehachse zusammenfällt und dass das optische Element mit Drehteil das Objektiv selbst ist, während das Detektorsystem eine feste Gruppe von

'" Detektoren ist, die in wenigstens eine Reihe angeordnet sind wobei die Länge der Gruppe gleich dem Durchmesser des Feldbilds ist und deren Mitte sich auf der Drehachse befindet. Während der Drehung des Objektivs beschreibt das Bild eines jeden Feldpunkts in der Bildebene einen

Kreisbogen, insbesondere das Bild des zu detektierenden

Gegenstands, wobei die Position dieses Bilds mit geradlinigen und kreisförmigen Koordinaten ermittelt wird. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung,

für die gleichzeitig zwei Feldabtastungen mit Hilfe 20

der gleichen Drehbewegung ausgeführt werden, und in der sich die Achse des Objektivs und die Drehachse decken ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorsystem enthält eine Drehtrommel mit reflektierenden Flächen,

die mit dem Drehteil des optischen Feldabtastsystems 25

verbunden ist, wobei die Flächen regelmässig um die Drehachse verteilt sind, sowie Mittel zum Abbilden eines festen Detektors in der Bildebene des optischen Feldabtastsystems über einer der Trommelflächen, wobei die Trommel und die Abbildungsmittel derart angeordnet sind, dass bei der Drehung der Trommel das Detektorbild eine durch die Mitte des Feldbilds gehende Kurve beschreibt, die für jede Trommelfläche symmetrisch mit dieser Feldbildmitte ist, wobei die beschriebenen Kurven für

alle Trommelflächen die gleiche Form besitzen, aber von 35

einer Fläche zur anderen verschoben sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es

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zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform nach der Erfindung in der Symmetrieebene senkrecht zu der Kante des rechten Flächenwinkels des Drehelements,

Fig. 2 eine Ansicht in der Perspektive der vorangehenden Ausführung montiert auf einem Flugkörper,

Fig. 3 die relative Bewegung des Detektors

in bezug auf die wahrgenommene Szene in der Bildebene

nach der ersten Ausführungsform,

Fig. h eine Ansicht des gleichen Durchschnitts durch eine erste Abwandlung der ersten Ausführungsform mit einem Teleobjektiv,

Fig. 5 einen Schnitt durch die erste Abwandlung 15

in der Symmetrieebene parallel zur Kante des rechten Flächenwinkels des Drehelements,

Fig. 6 eine zweite Abwandlung des optischen Drehelements, "

Fig. 7 eine dritte Abwandlung dieses optischen 20

Drehelements,

Fig. 8 eine vierte Abwandlung dieses optischen Drehelements,

Fig. 9 einen Schnitt durch die Symmetrieebene

senkrecht zur Kante des Flächenwinkels einer zweiten 25

Abwandlung der ersten Ausführungsform,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung mit dezentriertem und drehendem Objektiv in einer ersten Abwandlung,

Fig. 11 die relativen Bewegung in der Bildebene des Detektors in bezug auf die Landschaft in der ersten Abwandlung der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit dezentriertem und drehen- __ς dem Objektiv nach einer zweiten Abwandlung,

Fig. 13 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung in der Perspektive mit Abtastung des Bilds mit Hilfe des Bilds eines festen Detektors,

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Fig. 14 ein Schema mit der wirklichen relativen Bewegung des Bilds und eines Detektors mit einfachem Element nach der Einrichtung in Fig. 13,

Fig. 15 ein Schema zur Veranschaulichung der vorangehenden Bewegung auf eine stylisierte Weise,

Fig. 16 ein Schema zur Darstellung dieser Bewegung in bezug auf das Bild mit einem Detektor, bestehend aus η in Serie geschalteten Elementen, die auf

einer senkrecht zur Drehachse der Fig. 13 stehenden 10

Zeile angeordnet sind,

Fig. 17 ein Schema zur Darstellung derselben

Bewegung in bezug auf das Bild mit einem Element, bestehend aus η χ N Elementen, die in Serien-Parallel-schaltung

angeordnet sind und dabei N Zeilen senkrecht zur Dreh-15

achse und η Spalten parallel zu dieser Achse bilden,

Fig. 18 einen Schnitt senkrecht zur Kante des drehenden Flächenwinkels einer ersten Abwandlung der dritten Ausführungsform,

Fig. 19 einen Schnitt senkrecht zur Kante des drehenden Flächenwinkels einer zweiten Abwandlung der dritten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. X X¹ ist die Achse des optischen Systems, das im Schnitt durch eine seiner Symmetrieebenen dargestellt let, die durch diese Achse geht. Die Achse X X¹ ist gleichzeitig die Visierachse des Selbstrichters, wenn die Einrichtung auf einem Projektiel angeordnet ist.

Dieses optische System enthält das konvergie- _₀ rende System, das mit der Linse 10 dargestellt ist, der rechte Flächenwinkel der flache Spiegel 11 und 12 enthält und den flachen Spiegel 13. Der Flächenwinkel 11, 12 und der Spiegel 13» der durch ein katadioptrisches System ersetzt werden kann, lenken jeden optischen Strahl, der von der Szene herrührt, nach einem Punkt in der Brennfläche, durch den Brennpunkt F', des Systems. Der Flächenwinkel enthält dazu eine zentrale Öffnung zum Durchlassen der Bündel. Mit 14 und ik¹ sind zwei

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dieser Strahlen parallel zur Achse X X¹ bezeichnet, die die Hälfte des Bündels von der Szene in der Visierrichtung begrenzen. Dieses Bündel ist der Deutlichkeit halber nur zum Teil dargestellt und wird in F' fokussiert. Der

Flächenwinkel wird um die X X'-Achse gedreht und lässt das Szenenbild um den Brennpunkt F¹ drehen. In der Brennebene befindet sich eine feste- Gruppe 15 aus N Detektoren, deren eines Ende mit dem Brennpunkt F¹ zusammenfällt. Die Detektoren sind in einer Reihe oder mehreren parallel verlaufenden Reihen in der Gruppe angeordnet, wobei die Detektoren der verschiedenen Reihen zueinander versetzt sind. Die Detektoren sind z.B. in Serie geschaltet, wobei also die Ausgangssignale über Verzögerungsleitungen summiert werden.

Vorzugsweise ist das optische System mit dem

Gegenstand oder dem Flugkörper, zu dem es gehört, über ein Gyroskop am Flugkörper gemäss der Darstellung in Fig. 2 mit Hilfe eines Kreuzgelenks fest verbunden.

In dieser Figur gehen die mit 21 und 22

bezeichneten Kreuzgelenkachsen durch den Bild-Brennpunkt F' des optischen Systems. Die Achse 22 ist fest in bezug auf den Flugkörper, während die Achse 21 um die Achse 22 bewegbar ist. Die Detektorgruppe Ik ist mit ihren grössten Abmessungen entlang der beweglichen Achse 21 angeord-

net. Auf diese Weise befindet sich der Detektor immer in der Brennebene des optischen Systems, sogar wenn die Achse XX', die für das optische System und den Kreisel des Gyroskops gemeinsam ist, nicht mit der Achse 23 des Flugkörpers zusammenfällt. In Figur 2 sind die Linse 10 und die Spiegel 11, 12 und 13 in der Perspektive dargestellt. Mit 6 ist das Bündel aus der Szene in der X X'-Richtung dargestellt, wobei das Bündel den Flächenwinkel 11, 12 nach dem Schnitt 7 schneidet. Wenn der Flächenwinkel einen Winkel OC um die Achse X X' ausführt, dreht sich das Szenenbild das auf der Detektorgruppe gebildet wird über einen Winkel 20- um den Brennpunkt F' und der dieses Bilds. Der Detektor auf dem das Szenenbild

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gebildet wird, ist weiter vom Brennpunkt F¹ entfernt, je schräger die untersuchte Richtung auf die Visierrichtung steht. In Fig. 3 ist die relative Bewegung des Detektors in bezug auf das Szenenbild dargestellt. Jeder Detektor der Gruppe 15 tastet ein kreisförmiges Band des Szenenbilds z.B. das Band 31 ab, wobei das detektierte Ziel 32 durch seine Koordinaten fi und ti definiert ist. Vorzugsweise hat das Gerät Bildbrennweite,

Zu diesem Zweck besteht also bei einer Abwandlung der 10

Ausführungsform der konvergierende Teil des optischen Systems aus einem Teleobjektiv, wodurch die zentrale Verdunkelung des Systems für eine gegebene optische Abbildung reduziert wird. Diese Abwandlung ist in Fig.

und 5 dargestellt.

In Fig. 4 und 5 ist das System im Schnitt entlang seiner Symmetrieebene senkrecht beziehungsweise parallel zur Kante 8 des FlächenwinkeJs dargestellt. In Fig. 4 sind der Spiegel 13 und die Spiegel 11 und 12 des rechten Flächenwinkels im Block 45 angeordnet. Das Teleobjektiv besteht aus den Linsen 44 und 43, wobei der hintere Brennpunkt des ganzen ystems sich in F¹ auf der Achse X X' befindet. Zur Vereinfachung sind nur die Grenzstrahlen 41 und 42 aus der Szene in der Richtung dargestellt, die den Winkel Y mit der Visierachse X X¹ bildet und die durch die obere Hälfte des Objektivs gehen. Das Szenenbild für diese Richtung bildet sich im Punkt P der Brennebene, die sich in den Zeichenebenen befindet. In Fig.5 ist nur die Hälfte des Systems dargestellt. Die Grenzstrahlen aus der untersuchten Szene, in der Richtung, die mit der Visierachse X X¹ den Winkel )j bildet, sind mit 51 und 52 bezeichnet. Das Szenenbild für diese Richtung bildet sich in der Zeichenebene am Punkt P¹ der Brennebene. Bemerkenswert sei dabei, dass sich eine Bildumkehrung ergibt, wenn die Untersuchungsebene senkrecht zur Kante des Flächenwinkels verläuft, während diese Inversion nicht auftritt in einer Untersuchungsebene parallel zu dieser Kante, woraus sich die Möglichkeit

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für das System ergibt, das Szenenbild über einen Doppelwinkel im Vergleich zum Drehwinkel des Flächenwinkels drehen zu lassen und so das Bild einem der Detektoren der Gruppe zuzuführen. Der rechte Flächenwinkel, bestehend

^ aus zwei flachen Spiegeln, ist nicht das einzige brauchbare System zum Erhalten einer Bilddrehung. Es kann jedes optisches System benutzt werden das ein nicht-umgekehrtes Bild gibt.

In Fig. 6, 7 und 8 sind derartige Systeme im Durchschnitt dargestellt.

Fig. 6 zeigt das Objektiv 10, dessen optische Achse mit der Drehachse X X¹ zusammenfällt und dessen Brennpunkt mit F¹ bezeichnet ist. Das Drehelement des optischen Systems zum Drehen um die Achse X X¹ besteht aus einem Gefüge von Spiegeln 61, 62 und 63» die miteinander fest verbunden sind. Der 'Sbiegel 61 verläuft zum Beispiel parallel zur Achse X X¹. Die Spiegel 62 und sind beispielsweise gegen den Spiegel 61 und gegen die Achse X X' gleichermassen geneigt. In Fig. 6 sind das Bündel 6 und die Strecke im Inneren des Drehelements des mit der optischen Achse des Objektivs zusammenfallenden optischen Strahls dargestellt. Das Bildfeld ist der Kreis mit dem Durchmesser 60.

In Fig. 7 ist das Drehelement ein Wollastonelement 71» dessen reflektierende Fläche parallel zur Achse X X¹ verläuft. Dieses Wollaston-Element ist vor dem Objektiv 10 angeordnet, weil es mit parallelem Licht arbeitet. Der Figur zeigt die innere Wollaston-Strecke

3Q des Bündels 6 und eines mit der Achse X X¹ zusammenfallenden optischen Strahls. Das abgetastete Bildfeld ist der Kreis mit Durchmesser 70.

In Fig. 8 ist das Drehelement ein PeOhan-Prisma Hi, das sioi um die Achse X X¹ senkrecht zu seiner flachen Eintritts- und Austrittsflächen dreht. Das abgetastete Feld ist der auf den Brennpunkt F' zentrierte Kreis mit Durchmesser 80. In der Figur ist die innere PeOhan-Strecke eines mit der Achse X X¹ zusammenfallenden

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optischen Strahls dargestellt. Da das Material des Steifens 84 einen anderen Brechungsindex als die der anderen Teile des Prismas hat, erscheint dieser Strahl einiger-

massen verschoben in bezug auf die Achse X X^f. 5

Die vorgenannten optischen Systeme sind zum

Teil katadioptrisch. Selbstverständlich können sie auch vollständig dtoptrisch sein. Ausgehend vom verfügbaren Raum und vom zu lösenden Problem werden die geeignetste optische konvergierende Kombination und das geeignetste . .

Glexchrxchtersystem (Drehteil) gewählt.

Nach einer anderen Abwandlung, die in Fig. 9 im Schnitt entlang der Symmetrieebene des· optischen Systems senkrecht zur Kante des Flächenwinkels dargestellt ist, sind gleichzeitig das Loch des Flächenwinkels und die zentrale Verdunkelung des ganzen Systems reduziert. Dieses System enthält also ein primäres Objektiv 10 mit einem derartigen Brennpunktabstand, dass sich der Brennpunkt F¹ und die Brennebene des Systems mit dem Objektiv

2Q 10, dem Spiegel 13 und dem Flächenwinkel 11, 12 in der öffnung 93 des Flächenwinkels befinden. Es erfolgt eine Übertragung des Bilds von der Brennebene zur Bildebene durch das konvergierende System 92. Diese Bildebene ist senkrecht zur Visierachse XX¹, befindet sich in A und enthält die Detektorgruppe, wobei eines Ende der Gruppe sich im Punkt A befindet.

Die beschriebene erste Ausführungsform bietet den Vorteil einer Abtastung mit einem Ergebnis nahezu gleich 1 (ohne Totzeit) und der Verwendung einer geringen Anzahl von Detektoren. Dagegen hat es den Nachteil, dass das Feld mit uneinheitlichen Geschwindigkeiten abgetastet wird und dass daraus folgt, dass die Strahlungsimpulse aus den Zielen zu den Detektoren von der Mitte nach der Aussenseite hin immer kürzer werden, wobei der zentrale Detektor einen kontinuierlichen Fluss empfängt.

Nach einer zweiten Ausführungsform ist diese Uneinheitlichkeit in der Feldabtastgeschwindigkext beseitigt. In dieser Ausführungsform besteht das optische

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Drehelernent aus dem Objektiv selbst. Dieses Objektiv dessen Drehachse mit der mechanischen Achse des Kreisels eines Gyroskops zusammenfällt, wenn das Gerät an Bord eines Flugkörpers angeordnet ist, ist dezentriert, wobei seine Brennebene senkrecht zur Drehachse stehen bleibt. In Fig. 10 ist diese Ausführungsform in einer ersten Abwandlung dargestellt. X X¹ ist die Drehachse. 107 ist die optische Achse des Objektivs. Bei der Drehung

um die A_chse X X' bleibt 107 in einem konstanten Abstand 10

von XX¹. Das Brennpunkt ist mit F' bezeichnet. Das Bild des analysierten Felds ist ein auf X X' zentrierter Kreis mit einem Durchmesser F¹F". Die Detektion erfolgt mit Hilfe einer Gruppe von Detektoren mit einer Länge gleich

diesem Durchmesser. Diese Gruppe ist auf der Achse 21 15

des Gelenks wie in Fig. 2 angeordnet, wobei ihre Mitte der Schnittpunkt von 21 und 22 ist.

In Fig. 11 ist die relative Bewegung in der Brennebene des optischen ystems der Detektoren in bezug auf die Landschaft dargestellt. Der Kreis 102 ist das analysierte Bildfeld. Der Detektor Nr. 1 beschreibt den Umfang des Kreises 102 und der Detektor Nr. η den Umfang des Kreises 101, der durch eine Parallelverschiebung über einen Abstand gleich dem Durchmesser des BiIdfelds erhalten wird.

Die Gruppe 100 mit der doppelten Anzahl von Detektoren Im Vergleich zur ersten Ausführungsform verschiebt sich in bezug auf das Bild von der Position zur Position 104, wobei sie parallel zu sichselbst bleibt und ihre Enden die Umfange der Kreise 101 und 102 beschreiben. Jeder Detektor tastet ein Band des Szenenbilds in Form eines Kreisbogens, z.B. 105j ab. Die Lage eines Ziels 106 wird dabei also durch die gekrümmten Koordinaten definiert, die mittels einer Berechnung in Rechteckkoordinaten umgesetzt werden können. Dieses System bietet den Vorteil eines Durchgangsbandes, das für alle Detektoren gleich ist, dagegen hat es den Nachteil, dass ihr Abtastergebnis kleiner als 1 ist, weil die abgetastete

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Feldoberfläche die Oberfläche des Umrisses LMNOPQ mit halbkreisförmigen Grenzen ist, während die Nutzfläche des Felds der Kreis 102 ist. Andererseits enthält der Detektor zweimal soviel Elemente mit konstanter ¥inkelauflösung.

Nach einer Abwandlung dieser Ausführungsform nach Fig. 12 ist das Objektiv 12 nicht mehr drehbar und statt rein dioptrisch ist es katadioptrisch. Das Objektiv enthält den dioptrischen Teil 108, dessen optische Achse

mit der Drehachse X X' zusammenfällt, und das Gefüge der Spiegel, das das Bündel 99 parallel zu X X' umklappt und es in F¹ ausserhalb X X' fokussiert. Wenn der Spiegel 110 sich um X X' dreht, analysiert das Objektiv das Feld

des Bilddurchmessers F¹F".
15

In Fig. 13 ist eine dritte Ausführungsform

dargestellt, in der die Abtastung des Bildfelds viel komplizierter erfolgt. Die Analyse dieses Felds erfolgt in zwei Richtungen unter Benutzung der gleichen Drehbewe-. gung. In dieser Figur ist die Achse X X' das Objektiv mit einem Flächenwinkel (11, 12) gleich dem der ersten Ausfuhrungsform und mit einer in der Zeichenebene vertikal angenommenen Kante angeordnet wie in Fig. 2. Diese Elemente befinden sich in einer Fassung 111 die mit der Trommel verbunden ist. Die Trommel ist mit Spiegeln versehen.

In dieser Figur befinden sich die Spiegel an der Innenseite. Sie können sich aber auch an der Aussenseite befinden. Einer der Spiegel trägt die Bezugsziffer 113· An der Innenseite befindet sich eine bestimmte Anzahl fester

3Q optischer Elemente, die in Zusammenarbeit mit einer der reflektierenden Flächen der Trommel das ild eines Detektors 114 im kreisförmigen Feld 115 bilden, das vom Objektiv und vom beweglichen Flächenwinkel (11, 12) analysiert wird. Diese Elemente sind der Reflektionsspiegel 116, das konvergierende Element 117 mit Brennpunkt 114, das konvergierende Element 118 mit Brennpunkt 119 und der Reflektionsspiegel 120, wobei die Spiegel 116 und 120 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen.

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121 ist ein Bündel in der optischen Strecke, das sich von

119 zu 1i4 über eine Reflektion an der Fläche 113 der Trommel bewegt, wobei sich die optische Strecke in der vertikalen Ebene durch X X¹ und der Flächenwinkelkante befindet. Bei jeder Drehung des optischen Blocks 111, dreht sich das Szenenbild zweimal in der Ebene des Bildfelds 115 ^und das Bild 119 des Detektors 114 beschreibt im kreisförmigen Feld 115 mehrere gleiche Kurvenbogen

durch die Mitte des Felds 115> d.h. einen Kurvenbogen 10

je Trommelfläche. Bestimmte Kurvenbogen sind hier in Fig. 14 in der Ebene des Felds 115 dargestellt. Einer dieser Bogen ist zum Beispiel der Bogen 201. Der Einfachheit in der Darstellung und bei der Erläuterung halber

sind in Fig. 13» 15» 16 und 17 diese Kurvenbogen mit 15

Durchmessern des Kreises 115 identifiziert. So beschreibt zum Beispiel in Fig. 13 das Bild des Detektors den Durchmesser 122, wenn das Bündel 121 im Spiegel 113 reflektiert wird. Die Abtastung im Bildfeld ist in Fig. 15 dargestellt. Unter Berücksichtigung der Drehrichtung des optischen Blocks 111, der in Fig. 13 mit dem Pfeil 123 angegeben ist, wird der Durchmesser 122 durch das Bild 119 des Detektors in der Richtung des Pfeils 137 abgetastet, während sich die aufeinanderfolgenden Durchmesser in der Richtung des Pfeils 124 drehen, wobei die Durchmesser 125 und 126 den reflektierenden Flächen 127 bzw. 128 entsprechen. Zur Verbesserung der Detektion kann der Detektor mehrere Elemente zu einer Anzahl von η ent-i halten, die auf einer Linie senkrecht zur Achse X X¹ angeordnet sind, wobei die Bilder der η Detektoren in der Aufeinanderfolge jeden Durchmesser gemäss Fig. 16 beschreiben, wobei die Detektion in Serienbetrieb mit Summierung der ignale über Laufzeitleitungen erfolgt. Zum selben Zweck kann der Detektor mehrere Elemente in der Anzahl von η χ N auf N Zeilen mit η Spalten enthalten, wobei die Spalten und die Zeilen senkrecht bzw. parallel zu X X' verlaufen und der Detektor also ein diametrales

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Band mit N Zeilen gemäss Fig. 17 beschreibt, wobei die Detektion im Serien-Parallelbetrieb erfolgt.

In Fig. 18 ist als Beispiel eine erste

Abwandlung dieser dritten Ausftihrungsform im Schnitt 5

entlang der Symmetrieebene senkrecht zur Kante des drehenden Flächenwinkels dargestellt. In dieser Figur sind die Linse 10, der Spiegel 13 und die Flächenwinkelspiegel 11 und 12, die im optischen Block 112 angebracht sind,

dargestellt. Die drehende Trommel hat eine Pyramidenform. 10

Ihre Flächen 15I und 152 sind auf diesem optischen Block an der Aussenseite angeordnet. Das kreisförmige Bildfeld 115 des Objektivs erscheint gemäss einem Linienabschnitt. Das aus der konvergierenden Linse 153» dem Spiegel 154,

der Linse 155 und dem Spiegel 156 bestehende feste System 15

verwirklicht in Zusammenarbeit mit der drehenden Trommel die Abbildung des Detektors 1.14 im Feld des Objektivs und des Flächenwinkels über einen Strahlungsweg ausserhalb der Drehachse XX'. Wenn das Bündel in der Fläche 151 „. reflektiert wird, tastet das ^iId des Detektors den Durchmesser 122 ab der senkrecht zur Zeichenebene ist.

In Fig. 1.9 is* 'im Schnitt entlang der Symmetrieebene senkrecht zur Kante des drehenden Flächenwinkels eine zweite Abwandlung der dritten Ausführungsform dargestellt. Die pyramidenförmige Trommel ist mit ihren reflektierenden Flächen 159 und I60 der Achse X X· zugekehrt, auf der sich der Detektor 114 befindet. Die Bildübertragung des Detektors 114 im kreisförmigen Bildfeld 115 des Objektivs und des Flächenwinkels erfolgt mit Hilfe der festen Linsenelemente 161, 165 und der festen Spiegel I63, I62 und 164 in Zusammenarbeit mit den reflektierenden Flächen 159, I60 der Trommel. Wenn das Bündel 121 in der Fläche 159 reflektiert wird, beschreibt das Bild des Detektors wie im vorangehenden Beispiel den Durchmesser 122 des kreisförmigen Bildfelds welcher Durchmesser senkrecht zur Zeichenebene ist.

Die Pyramidenform ist der reflektierenden drehen-

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den Trommel angepasst. Sie kann aber auch eine Prismaform haben.

Das Gerät nach der dritten Ausführungsform verwendet bei der Benutzung in einem Plugkörper wie bei den anderen Ausführungsformen die Achse des Gyroskopkreisels als Achse XX¹, wobei sich der Detektor 114 auf dem Schnittpunkt der Achsen 21 und 22 nach Fig. 2 des Gelenks befindet, das zur Befestigung des Gyroskops im Flugkörper dient. Wie für die vorangehenden Beispiele fällt die Achse X X¹ nicht notwendigerweise mit der Achse des Flugkörpers zusammen, sondern kann beweglich sein um die Mitte 1']k der Gelenke. Diese dritte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass sie zu einer Abtastung in zwei

Dimensionen mit Hilfe einer einzigen Drehbewegung führt, 15

die Gesamtheit des Felds mit Hilfe einer geringen Anzahl von Detektoren analysiert, wobei alle Feldpunkte mit der gleichen Geschwindigkeit analysiert werden, eine sehr grosse Informationsredundanz in der Mitte des Felds erzeugt und eine sehr hohe Empfindlichkeit bei der Verwendung einer Detektion vom Typ des Serien-Parallelbetriebs besitzt.

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Claims

PHF.80-535 y( 16.4.81 PATENTANSPRÜCHE:

1. Gerät zum Analysieren eines räumlichen Felds und zum Ermitteln des Winkels eines strahlenden Gegenstandes in diesem Feld mit einem optischen Feldabtastsystem und einem Detektionssystem zum Detektieren des Bilds

des optischen Systems, dadurch gekennzeichnet, dass das

optische Feldabtastsystem enthält ein konvergierendes Objektiv (1O), und ein optisches Element mit einem um' eine parallel zur optischen Achse des Objektivs verlaufende Achse (X X¹) rotierenden Teil; welches optische 10

Element derart aufgebaut und angeordnet ist, dass die Brennebene des gesamten optischen Systems senkrecht zur •Rotationsachse verl&uft und dass es das Feldbild in der Brennebene drehen lässt, und dass das Detektionssystem

,, ein System mit festen Detektoren in der Feldbildebene 15

oder Mittel zum Abtasten des Bildfelds mit einem beweglichen Bild eines festen Detektors.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des Objektivs und die Drehachse

2Q XX' zusammenfallen und dass das optische Element mit Drehteil derart aufgebaut ist, dass der hintere Brennpunkt des optischen Systems auf der Objektivachse liegt und das Feldbild um diesen hinteren Brennpunkt in der Brennebene drehen lässt über einen Winkel der das doppelte ist des Drehwinkels des Drehteils.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element mit Drehteil hinter dem Objektiv (1O) angeordnet ist und dass es aus einem festen Reflektionsspiegel (13) senkrecht zur Drehachse oder aus einem katadioptrischen, reflektierenden Element besteht, wobei der Drehteil ein Gefüge von flachen Spiegeln (11, 12) ist, die einen rechten Flächenwinkel bilden, dessen Kante senkrecht zur Drehachse (XX') verläuft,

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■wobei die Spiegel gleichermassen geneigt in bezug auf die Drehachse angeordnet sind.

h. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element mit Drehteil ein um die Drehachse drehendes Gefüge von drei Spiegeln (6i), (62) und (63) ist von denen einer (61) parallel zur Drehachse verläuft und die beiden anderen Spiegel gleiche gegenüberliegende Neigungswinkel relativ zu dem ersten Spiegel und

der Drehachse aufweisen.
10

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass das optische Element mit Drehteil ein P§chan-Prisma (81) ist, das sich um eine Achse dreht, die senkrecht zu den zwei flachen Eintritts- und Austrittsflächen (82)

und (83) des erwähnten Pe*chan-Prismas verläuft. 15

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element mit Drehteil ein Wollaston-Prisma (71) ist, das vor dem Objektiv (1O) angeordnet ist und sich um eine Achse parallel zur reflektierenden Fläche des erwähnten Prismas dreht.

7« Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorsystem eine linear angeordnete Detektorgruppe (15) mit mehreren Elementen ist, die in bezug auf die Drehachse fest angeordnet ist und senkrecht zur Achse verläuft, wobei die Elemente in wenigstens einer Reihe aufgestellt sind, wobei eines der Enden der erwähnten Gruppe mit dem Bildbrennpunkt (F') des optischen Feldabtastsystems zusammenfällt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorsystem eine Trommel (112) mit reflektierenden Flächen die mit dem Drehteil des Feldabtastsystems verbunden ist, wobei die Flächen regelmässiger um die Drehachse verteilt sind, sowie Mittel zum Abbilden eines festen Detektors (114) in der Bildebene des optischen Feidabtastsystems über einer der Trommelflächen, wobei die Trommel und die Abbildungsmittol derart angeordnet sind, dass bei der Drehung der Trommel das Detektorbild (119) eine durch die Mitte

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des Feldbilds gehende Kurve (201) beschreibt, der für jede Trommelfläche symmetrisch mit dieser Feldbildmitte ist, wobei die beschriebenen Kurven für alle Trommelflächen die gleiche Form haben, jedoch von einer Fläche zur anderen verschoben sind.

9. Gerät nach Anspruch 3 ^und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der rechte Flächenwinkel (11, 12) des optischen Elements mit Drehteil sowie die reflektierenden

Elemente (151> 152; 159» 16O) der Drehtrommel in einem , .

selben Block (112) angeordnet sind.

10. Gerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (114) sich ausser der Drehachse (x X') befindet.

11. Gerät nach Anspruch 9_f dadurch gekennzeichnet,

dass der Detektor (114) auf der Drehachse (x X¹) angeordnet ist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor η Elemente enthält, die auf einer, senkrecht zur Drehachse stehenden Linie angeordnet sind.

13· Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor η χ Ν Elemente enthält, die auf N Zeilen und η Spalten angeordnet sind, wobei die Spalten und Zeilen senkrecht bzw. parallel zur Drehachse verlaufen.

14. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des Objektivs nicht mit der Drehachse (x X¹) zusammenfällt und dass das optische Element mit Drehteil das Objektiv (1O) selbst ist, während das Bilddetektionssystem eine feste Gruppe (1OO) von Detektoren ist, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei die Länge der Gruppe gleich der des Durchmessers des Feldbilds ist und ihre Mitte auf der Drehachse liegt.

15· Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (lO) mit Spiegeln (1O9, 110) versehen

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ist, wobei einer dieser Spiegel (11O) drehbar ist und bewirkt, dass der Brennpunkt des gesamten Systems aus Objektiv und Spiegeln einen Kreis um die Drehachse beschreibt die gleich dem Feldbild ist.

16. Selbstrichtsystem eines Flugkörpers mit einem Gyroskopstabilisator, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Selbstrichter einen Analysator nach Anspruch 7 enthält, dessen Drehachse mit der Achse des Kreisels des Gyroskops zusammenfällt, wobei der Brennpunkt (F') des Bilds des

optischen Feldabtastsystems sich auf dem Schnittpunkt der zwei Achsen (22) und (21) des Befestigungsgelenks des Gyroskops am Flugkörper befindet, wobei die Gruppe (15) der Detektoren angeordnet ist auf der Achse (21)

dieses Gelenks die beweglich in bezug auf den Flugkörper 15

ist.

17· Selbstrichtgerät eines Flugkörpers mit einem Gyroskopstabilisator, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Selbstrichter ein Analysiergerät nach einem der Ansprüche 8 bis 13 enthält, dessen Drehachse mit der Kreiselachse des Gyroskops zusammenfällt, wobei der Detektor auf dem Schnittpunkt der beiden Achsen (22) und (21) des Gyroskops angeordnet ist.

18. Selbstrichtgerät eines Flugkörpers mit einem Gyroskopstabilisator, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Selbstrichter ein Analysiergerät nach Anspruch 14 oder 15 enthält, dessen Drehachse mit der Kreiselachse des Gyroskops zusammenfällt, wobei sich die Detektorgruppe auf der in bezug auf den Flugkörper beweglichen Achse

(21) des Befestigungsgelenks des Gyroskops auf den Flugkörper befindet.