DE3240360A1 - Device for generating a light bundle which has over a prescribed distance range a predetermined minimum value of the energy density in the beam cross-section - Google Patents
Device for generating a light bundle which has over a prescribed distance range a predetermined minimum value of the energy density in the beam cross-sectionInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtbündels, das über einenDevice for generating a light beam, which via a
vorgegebenen Entfernungsbereich einen vorbestimmten Mindestwert der Energiedichte im Strahlenquerschnitt hat Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtbündels, das über einen vorSegebenen Entfernungsbereich einen vorbestimmten Mindestwert der Energiedichte im Strahlenquerschnitt hat Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vo + chtung zur Erzeugung eines Lichtbündels, das über einen vorgegebenen E tfernungsbereich einen vorbestimmten Mindestwert der Energiedichte im trchlquerschnitt hat.predetermined distance range a predetermined minimum value of the Has energy density in the beam cross-section Device for generating of a light beam, which over a given distance range a predetermined The present invention has the minimum value of the energy density in the beam cross-section concerns a precaution for the generation of a light beam, which over a predetermined Distance range a predetermined minimum value of the energy density in the cross section Has.
Solche Vorrichtungen finden vorzugsweise Verwendung als Schußsimulatoren. Bei diesen wird ein Lichtstrahl, beispielsweise im roten oder infraroten Spektralbereich auf das Ziel gerichtet. Dieses kann mit Empfängern ausgerüstet sein, die beim Auftreffen des Lichtes ansprechen und einen Treffer anzeigen. Es ist auch möglich, das Ziel mit Retro-Reflektoren, beispielsweise Tripelspiegeln, auszurüsten, welche das auftreffende Licht in sich zurückwerfen. Dieses wird dann über eisen Teilerspiegel auf einen Empfänger gelenkt, der beim Auftreffen eines reflektierten Lichtimpulses Treffer anzeigt.Such devices are preferably used as shot simulators. In these, a light beam, for example in the red or infrared spectral range aimed at the goal. This can be equipped with receivers that respond when it hits of the light and display a hit. It is also possible to target to equip with retro-reflectors, for example cube-corner mirrors, which reflect the incident Throw light back in itself. This is then transferred to an iron splitter mirror Receiver steered, which hits when a reflected light pulse hits indicates.
Da bei Schußsimulatoren das Licht die Stelle der scharfen munition einnimmt, ist es notwendig die Energiedichte im Strahlquerschhitt so zu wählen, daß am Ziel über die sogenannte Volltrefferzone, und nur über diese eine vorbestimmte Mindestenergiedichte erreicht wirdX die zum Ansprechen der Empfänger ausreicht. Die Volltrefferzone ist im wesentlichen entfernungsunabhängig, so daß also dafür zu sorgen ist, daß das Lichtbündel über einen vorgegebenen Entfernungsbereich, den Einsatzbereich des Schußsimulotors einen vorbestimmten Mindestwert der Energiedichte im Strahlquerschnitt hat.As in the case of shot simulators, the light takes the place of live ammunition occupies, it is necessary to choose the energy density in the beam cross-section so that that at the target over the so-called direct hit zone, and only over this one predetermined Minimum energy density is reachedX that is sufficient to address the recipient. The direct hit zone is essentially independent of the distance, so that for it is to ensure that the light beam over a predetermined distance range, the Area of application of the shot simulator a predetermined minimum value of the energy density has in the beam cross-section.
Aus der DE-OS 29 13 401 ist ein Schußsimulator bekannt, bei dem zur Lichterzeugung ein Laser mit nachgeordnetem Lichtleiter und Diffusor verwendet ist, und bei dem zur Intensitätsverteilung des aus dem Diffusor austretenden Lichtes eine Maske und ein Objektiv vorgesehen ist, bei dem mindestens eine Baugruppe eine von Null abweichende, vorgegebene sphärische Aberration aufweist. Bei diesem Schußsimulator ist ein relativ hoher Aufwand notwendig um die erforderliche Strahlaufweitung durch einen entsprechenden Verlauf der optischen Bildfehler des Objektivs zu erreichen. Außerdem besteht eine storke Abhängigkeit der Energiedichte- verteilung im Strahiquerschnitt von der Pupillenausleuchtung, da in verschiedenen Winkelbereichen nur eng begrenzte Flächenelemente des Objektivs strahlen. Es ist zudem notwendig der Maskenöffnung eine relativ komplizierte Form oder eine variable optische Dichte zu geben, um ieinen gewünschten, mit Licht der geforderten Mindestenergiedichte erfüllten Strahlquerschnitt zu erreichen.From DE-OS 29 13 401 a shot simulator is known in which to A laser with a downstream light guide and diffuser is used to generate light, and in the case of the intensity distribution of the light emerging from the diffuser a mask and an objective is provided, in which at least one assembly is a has predetermined spherical aberration other than zero. With this shot simulator a relatively high effort is necessary to achieve the required beam expansion to achieve a corresponding course of the optical aberrations of the lens. In addition, there is a strong dependency on the energy density distribution in the beam cross-section from the pupil illumination, since in different angular ranges radiate only narrowly limited surface elements of the lens. It is also necessary the mask opening has a relatively complicated shape or a variable optical density to give a desired light with the required minimum energy density to achieve fulfilled beam cross-section.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schußsimulator zu schaffen, bei dem eine vorbestimmte, entfernungsunabhängige Energie-)dichte im Strahlquerschnitt durch einfache Mittel erreicht wird, wobei diese Energiedichteverteilupg im wesentlichen unabhängig ist von der Gleichmäßigkeit der Pupillenausleuchtung. It is the object of the present invention to provide a shot simulator to create, in which a predetermined, distance-independent energy density) in the Beam cross-section is achieved by simple means, this energy density distribution upg is essentially independent of the uniformity of the pupil illumination.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Lichtrichtung gesehen hinter dem Objektiv ein zur Lichtaufweitung dienendes Gitter angeordnet ist.This task is based on a device according to the preamble of claim 1 according to the invention achieved in that seen in the direction of light behind A grating serving to expand the light is arranged on the lens.
Das durch das Objektiv tretende Parallellichtbündel wird am Gitter gebeugt und dadurch aufgeweitet. Das Gitter stellt eine sekundäre Strahlungsquelle dar, deren Strahlstärke I vom Winkel zu ctobhängt, den ein zum Empfänger am Rande der Volltrefferzone verlaufender Strahl mit der optischen Achse bildet. Die Strahlstärke I ist proportional zu l/ot2, wenn der Empfänger mit dem Ziel verbunden ist. Durch diese Abhängigkeit ist erreicht, daß unabhängig von der Zielentfernung E die Ansprechschwelle des Empfängers-m Gebiet der Volltrefferzone und an dessen Rand stets erreicht wird.The parallel light beam passing through the lens is attached to the grating bent and thereby expanded. The grid represents a secondary source of radiation whose radiant intensity I depends on the angle to cto, which one to the receiver at the edge the direct hit zone forms the beam with the optical axis. The radiance I is proportional to l / ot2 when the receiver is connected to the target. By this dependency is achieved that regardless of the target distance E, the response threshold of the recipient-m area of the direct hit zone and at the edge of which is always reached.
Die Verwendung eines Gitters macht es möglich eine ge + elte, dem jeweiligen Problem angepaßte Strahlaufweitung zu erreichen Ein Gitter hat die Eigenschaft, daß die Energieverteilung im gebeugten Licht im wesentlichen unabhängig ist von der Gleichmäßigkeit der Gitterbeleuchtung. Deshalb ist bei dem Schußsimulotor nach der Erfindung die Energiedichte im Zielstrahl auch weitgehend unabhängig von der Pupillenausleuchtung. The use of a grid makes it possible to achieve the same to achieve beam expansion adapted to the respective problem A grating has the property that the energy distribution in diffracted light is essentially independent of the uniformity of the grid lighting. Therefore, the shot simulotor is after the invention, the energy density in the target beam also largely independent of the Pupil illumination.
Durch die Verwendung des Gitters wird der Schußsimulator auch bei Zielen einsetzbar, die mit Retro-Reflektoren ausgerüstet sind. Da das Licht hier die Entfernung zwischen Simulator und Ziel auf seinem Weg zum Empfänger zweimal durchläuft, muß die Mindestenergiedichte im geforderten Querschnitt relativ hoch sein, jedenfalls wesentlich höher als bei Simulatoren, die mit Ziel-Empfängern zusammenwirken Eine solche hohe Mindestenergiedichte im geforderten Querschnitt läßt sich durch entsprechende Ausbildung des Gitters erreichen.By using the grid, the shot simulator is also at Can be used for targets equipped with retro reflectors. Because the light here the distance between the simulator and the target on its way to the receiver twice passes through, the minimum energy density in the required cross-section must be relatively high at least significantly higher than with simulators that interact with target receivers Such a high minimum energy density in the required cross section can be achieved achieve appropriate training of the grid.
Es ist vorteilhaft das Gitter als Kreisgitter mit konzentrisch zur optischen Achse des Objektivs angeordneten Kreisringen auszubilden. In diesem Fall wird bei Verwendung eines Lichtleiters mit kreisförmigem Querschnitt am Ziel ein im wesentlichen runder Lichtfleck erzeugt. Ist ein rechteckförmiger Strahlquerschnitt gefordert, so wird zweckmäßig vor dem Objektiv ein Lichtleiter mit rechteckförmigem Querschnitt angeordnet und das zur Lichtaufweitung dienende Gitter wird als Linear- oder als Kreuzgitter ausgebildet; auch die Verwendung eines Kreisgitters ist möglich.It is advantageous to use the grid as a circular grid with concentric to to form the optical axis of the lens arranged circular rings. In this case becomes a target when using a light guide with a circular cross-section essentially round light spot is generated. Is a rectangular beam cross-section required, a light guide with a rectangular shape is expediently in front of the lens Cross-section and the grating used to expand the light is designed as a linear or designed as a cross grating; the use of a circular grid is also possible.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Gitters sind in den Unteransprüchen 4-10 beschrieben.Further expedient refinements of the grid are set out in the subclaims 4-10.
Der beschriebene Schußsimulator findet Verwendung im Nahfeld, d.h. für Ziele im Entfernungsbereich von beispielsweise 200 - 600 m. Für größere Entfernungen finden zweckmäßig andere Mittel zur Darstellung der Volltrefferzone Verwendung.The shot simulator described is used in the near field, i.e. for targets within a range of, for example, 200 - 600 m, for longer distances other means of representing the direct hit zone are expediently used.
'Jill man einen, mit den erwähnten, jedoch nicht näher spezifierten Mitteln zur Darstellung der Volltrefferzone versehenen Schußsimulator für den an das Nahfeld anschließenden Entfernungsbereich (z.B. größer 600 m) auch für die Verwendung im Nahfeld ausbilden, so wird vorteilhaft im Strahlengang ein Gitter angeordnet, dessen Gitterlinien aus elektrooptisch aktivierbarem Material gebildet sind. Für die Schußsimulation im Nahfeld werden dann die Gitterlinien aktiviert.'Jill one, with those mentioned but not specified Means for displaying the direct hit zone provided shot simulator for the The distance range adjoining the near field (e.g. greater than 600 m) also for use form in the near field, a grid is advantageously arranged in the beam path, whose grid lines are formed from electro-optically activatable material. For the shot simulation in the near field then the grid lines are activated.
Als elektro-optisch aktivierbares Material läßt sich z.B. eine elektrochrome Schicht verwenden, die bei Ladungszufuhr absorbierend wirkt.As an electro-optically activatable material, e.g. an electrochromic Use a layer that is absorbent when charged.
Damit läßt sich ein wahlweise aktivierbares Amplitudengitter schaffen.An amplitude grating that can be activated as required can thus be created.
Auch andere Substanzen sind denkbar.Other substances are also conceivable.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung aufgebouten Schußsimulators zur Verwendung bei Zielen welche Empfänger tragen; Fig 2 ein anderes Ausfürungsbeispiel eines Schußsimulatore zur Verwendung bei Zielen, welche mit Retro-Reflektoren ausgerüstet sind; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines in den Schußsimulatoren der Fig guren 1 und 2 verwendbaren Gitters.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 1-3 of the accompanying drawings Drawings explained in more detail. In detail: Fig. 1 shows an embodiment a shot simulator according to the invention for use with targets which Recipient wear; 2 shows another exemplary embodiment of a shot simulator for Use with targets that are equipped with retro-reflectors; Fig. 3 a Embodiment of one in the shot simulators of Figures 1 and 2 usable Lattice.
In Fig. 1 ist mit 1 eine intensitätsreiche Lichtquelle bezeichnet, welche beispielsweise einen oder mehrere Laser oder LED enthält. Vor dieser Lichtquelle ist ein Lichtleiter 2 angeordnet, welcher zweckmäßig aus mehreren Lichtfasern besteht, die eine Lichtaustrittsfläche von gewünschtem Querschnitt bilden. Das aus diesem Querschnitt austretende divergente Lichtbündel wird mittels eines, schematisch dargestellten Objektivs 3 parallel gerichtet und tritt durch ein Beugungsgitter 4.In Fig. 1, 1 denotes an intense light source, which contains, for example, one or more lasers or LEDs. In front of this light source a light guide 2 is arranged, which expediently consists of several light fibers, which form a light exit surface of the desired cross-section. That from this Divergent light bundle exiting cross-section is shown schematically by means of a Objective 3 is directed parallel and passes through a diffraction grating 4.
Dieses Beugungsgitter ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kreisgitter ausgebildet. Durch die Beugung am Gitter 4 wird der Lichtstrahl aufgeweitet und zwar so, daß er im gesamten Entfernungsbereich zwischen dem Gitter 4 und dem mit einem Ziel verbunden Empfänger 5 einen vorbestimmten Mindestwert der Energiedichte im Strahlquerschnitt hat.This diffraction grating is in the illustrated embodiment as Circular grid formed. The light beam is widened by the diffraction at the grating 4 in such a way that he in the entire distance range between the grid 4 and the Receiver 5 connected to a target has a predetermined minimum value of the energy density has in the beam cross-section.
Das mit dem Objektiv 3 zusammenwirkende Gitter 4 stellt eine sekundäre Lichtquelle dar, deren Strahlstärke mit I bezeichnet wer-den soll. Die Zielentfernung zwischen Gitter 4 und Empfänger 5 ist mit E bezeichnet.The grid 4 cooperating with the objective 3 represents a secondary one Light source, the radiant intensity of which is to be denoted by I. The target distance between the grid 4 and the receiver 5 is denoted by E.
Der vom Empfänger 5 aufgenommene Strahlungsfluß ist nach den bekannten esetzmdßigreiten proportional zu I/E2.The radiation flux picked up by the receiver 5 is according to the known tides proportional to I / E2.
Bezeichnet mon die Ansprechschwelle des Empfängers 5 mit 3sS so gilt = I = F2 (1) Für kleine Winkel d zwischen einem Strahl zum Empfänger 5 und der optischen Achse ist E = Z (2) wobei Z den Radius der Volltrefferzone bezeichnet. Soll fis innerhalb des Einsatzbereiches des Schußsimulators, d.h. etwa zwischen 200 m und 600 m innerhalb der Volltrefferzone Z unabhängig von E erreicht werden, so folgt aus (1) und (2) I rw (3) Diese Beziehung sagt aus, daß bei größerem Winkel O( bei konstanten Werten von Ds und Z, infolge der kleineren Entfernung E die Intensität I im Zielstrahl kleiner sein muß als bei kleineren Winkeln Die Beziehung (3) läßt sich mittels des Gitters 4 darstellen.If mon denotes the response threshold of receiver 5 with 3sS, then the following applies = I = F2 (1) For small angles d between a beam to the receiver 5 and the optical Axis is E = Z (2) where Z denotes the radius of the direct hit zone. Should f sharp within the range of application of the shot simulator, i.e. between about 200 m and 600 m are reached within the direct hit zone Z regardless of E, it follows from (1) and (2) I rw (3) This relation states that with a larger angle O (at constant values of Ds and Z, due to the smaller distance E the intensity I in the target beam must be smaller than at smaller angles. The relation (3) leaves represent themselves by means of the grid 4.
Damit ist gewährleistet, daß im interessierenden Entfernungsbereich ein Treffer angezeigt wird, wenn ein mit dem Ziel verbundener Empfänger in der Volltrefferzone oder an deren Rand liegt.This ensures that in the distance range of interest a hit is displayed if a recipient connected to the target is in the direct hit zone or on the edge of it.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schußsimulators, bei dem das Ziel nicht mit einem Empfänger, sondern mit einem Retro-Reflektor 6, beispielsweise einem Tripelspiegel, ausgestattet ist. In diesem Fall ist zwischen dem Lichtleiter 2 und dem Objektiv 3 ein Teilerwürfel 7 angeordnet, welcher das vom Reflektor 6 zurückreflektierte Licht über einen Licht leiter 8 einem Empfänger 9 zuführt. Zwischen dem Kreisgitter 4 und dem Retro-Reflektor 6 durchläuft das Licht, wie der Doppelpfeil 10 andeutet, die Entfernung zweimal.Fig. 2 shows an embodiment of a shot simulator in which the target not with a receiver but with a retro reflector 6, for example a triple mirror, is equipped. In this case it is between the light guide 2 and the lens 3, a splitter cube 7 is arranged, which the reflector 6 light reflected back via a light guide 8 to a receiver 9 supplies. Between the circular grid 4 and the retro reflector 6 passes through the light, like the double arrow 10 indicates the distance twice.
Auch hier ist durch eine entsprechende Ausbildung des Kreisgitters 4 dafür gesorgt, daß das Zielstrahlbündel über die Entfernung E einen vorbestimmten Mindestwert der Energiedichte in einem Strohlquerschnitt hat, welcher der Volltrefferzone vom Radius Z entspricht. Da das Licht die Entfernung E zweimal durchläuft, ist zwischen der Strahlstärke I und dem Strohlwinkeld die Beziehung I 1/<L darzustellen. Bei dieser Ausbildung des Gitters 4 wird im gesamten Entfernungsbereich E ein Treffersignal ausgelöst, wenn ein mit dem Ziel verbundener Retro-Reflektor 6 innerhalb oder am Rand der Volltrefferzone liegt.Here, too, is due to a corresponding design of the circular grid 4 ensured that the target beam over the distance E a predetermined The minimum value of the energy density in a straw cross-section, which is the direct hit zone of radius Z corresponds to. Since the light traverses the distance E twice, it is between the radiation intensity I and the relation I 1 / <L to the Strohlwinkeleld to represent. In this design of the grid 4 is in the entire distance range E a hit signal triggered if a retro reflector connected to the target 6 lies within or on the edge of the direct hit zone.
Das in Fig. 4 in Draufsicht dargestellte Kreisgitter 4 besteht aus Gitterlinien 11, die konzentrisch zur optischen Achse des Schußsimulators angeordnet sind. Wird das Gitter 4 als Phasengitter ausgebildet, so bestehen die Gitterlinien 11 aus einem dielektrischen Material, das auf ein Glassubstrat aufgebracht ist und dessen Dicke so gewählt ist, daD eine vorbestimmte Phasenverschiebung des durchgelassenen Lichtes verur- 1 sacht wird. Diese Phasenverschiebung wird c 9t/2 für die benutzte Wellenlänge % (z.B. 904 nm) gewählt. Das dielektrische Material hat einen Brechzahlwert, der etwa dem des Glassubstrats entspricht; Verwendung kann beispielsweise SiO2 finden.The circular grid 4 shown in plan view in FIG. 4 consists of Grid lines 11, which are arranged concentrically to the optical axis of the shot simulator are. If the grating 4 is designed as a phase grating, the grating lines exist 11 made of a dielectric material which is applied to a glass substrate and whose thickness is chosen so that a predetermined phase shift of the transmitted Light is caused. This phase shift becomes c 9t / 2 for the one used Wavelength% (e.g. 904 nm) selected. The dielectric material has a refractive index value which roughly corresponds to that of the glass substrate; For example, SiO2 can be used.
Es ist auch möglich das Gitter 4 als Amplitudengitter auszubilden. Die Gitterlinien 11 bestehen dann aus licht-absorbierendem Material.It is also possible to design the grating 4 as an amplitude grating. The grid lines 11 then consist of light-absorbing material.
Wird auf ein Substrat ein elektrochromes Material aufgebracht und werden Elektroden aus durchsichtigem Material verwendet, welche die Gestalt der Gitterlinien 11 haben, so läßt sich durch Anlegen einer Spannung erreichen, daß das Material Licht absorbiert, d.h. daß ein Amplitudengitter entsteht. Dieses Gitter kann also körperlich im Strahlengang verbleiben und kann wahlweise zur Wirkung gebracht oder außer Wirkung gesetzt werden.An electrochromic material is applied to a substrate and electrodes made of transparent material are used, which have the shape of the Have grid lines 11, it can be achieved by applying a voltage that the material absorbs light, i.e. an amplitude grating is created. This grid can therefore physically remain in the beam path and can optionally be brought into effect or be invalidated.
Das Gitter 4 kann auch als kombiniertes Phasen-Amplitudengitter ausyebildet werden, indem für einen Teil der Gitterlinien 11 ein licht-absorbierendes und für den anderen Teil der Gitterlinien dielektrisches Material verwendet wird. Ein solches Gitter ermöglicht es das Licht in bestimmte Vorzugsrichtungen zu beugen.The grating 4 can also be designed as a combined phase-amplitude grating are by for a part of the grid lines 11 a light-absorbing and for dielectric material is used for the other part of the grid lines. One such Lattice allows the light to be bent in certain preferred directions.
Im einfachsten Fall sind die Linien 11 des Gitters 4 äquidistant angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es zur Erzielung eines Zielstrahles mit den geforderten Eigenschaften die Abstände der Gitterlinien 10 proportional zu den Nullstellen der Bessel'schen Funktion Nullter-Ordnung zu wählen. Dabei ist es zur Vereinfachung möglich, die Nullstellung der Bessel'schen Funktion durch den Ausdruck r = k (n - 0,25) mit n = 1,2,3 ... anzunähern. Bei einem derart ausgebildeten Gitter tritt im Zielstrahl im wesentlichen nur das aus der nullten- und ersten-Beugungsordnung stammende Licht auf.In the simplest case, the lines 11 of the grid 4 are arranged equidistantly. It is particularly advantageous to achieve a target beam with the required Properties the distances between the grid lines 10 proportional to the zeros of the Bessel's function of zeroth order to choose. It is for Simplification possible, the zeroing of the Bessel function through the expression r = k (n - 0.25) with n = 1,2,3 ... to be approximated. With a grid designed in this way Essentially only that from the zeroth and first diffraction orders occurs in the aiming beam originating light on.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Kreisgitter 4 sind jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Gitterlinien 1 1 jeweils zwei Ringpaare durch ein Ringpaar doppelter Breite ersetzt. Dadurch wird erreicht, daß die Lichtintensität im Übergangsbereich von der nullten zur ersten Beugungsordnung angehoben wird, was besonders in der Vorrichtung nach Fig. 2 wichtig ist.In the circular grid 4 shown in Fig. 3 are each after one predetermined number of grid lines 1 1 two pairs of rings by a pair of rings double width replaced. This ensures that the light intensity in the transition area is raised from the zeroth to the first diffraction order, which is especially true in the The device of Fig. 2 is important.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |