DE3511077A1

DE3511077A1 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung eines abgelenkten lichtstrahles

Info

Publication number: DE3511077A1
Application number: DE19853511077
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Fendt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3511077C2

Description

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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles zur Lenkung eines Flugkörpers unter Verwendung eines Leitstrahlsenders, dessen Lichtstrahlen mittels Ablenkeinrichtungen, wie zum Beispiel Schwingspiegel, einen vorgebbaren Winkel bezüglich einer Visierlinie in periodisch wechselnder ^O Richtung überstreichen, wobei zwei zueinander senkrechte Ebenen durchlaufen werden.

Es sind vielfache Verfahren und Systeme zur Erzeugung von codierten Lichtstrahlen bekannt, die an Bord eines Fahrzeuges oder Fluggerätes eine Bestimmung des Ablagewinkels ihres Kurses gegenüber einer Bezugsrichtung ermöglichen.

So beschreibt die DE-AS 16 23 391 ein System zur optisehen Leitstrahllenkung von Fahrzeugen, dessen Leitstrahl einen gegebenen festen, den Überwachungsraum einschließenden Winkel in periodisch wechselnder Richtung überstreicht, wobei der Leitstrahlsender zwei optische Kanäle aufweist, deren Leitstrahlen zwei zueinander senkrechte Ebenen überstreichen.

Aus der EP-PS 0 002 576 ist ein Projektor für elektromagnetische Steuersignale bekannt, der zwei rechteckige Strahlbilder erzeugt, die rechtwinklig zueinander aüsgerichtet sind und abwechselnd projiziert werden, wobei die Auslenkung der Strahlen mittels eines Spiegels vollzogen wird, der um eine Achse schwingt, die quer zu dem von der Strahlungsquelle emittierten Strahl verläuft, und wobei die Strahlen mittels eines optischen

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Zerhackers alternierend in zwei verschiedene Strahlengänge zur Erzeugung der aufeinander senkrecht stehenden Strahlen geführt werden.

Beide Systeme weisen den Nachteil auf, daß sie zur Erzeugung und zum Empfang der modulierten Lichtsignale aufwendige Einrichtungen benötigen. Auch sind bei beiden Systemen Einrichtungen zur Erzeugung von Synchronsignalen erforderlich, um den notwendigen Zeitbezug für die Ortszuweisung zu bekommen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff anzugeben, die mittels eines unmodulierten Licht-Strahles die Erzeugung eines Lichtstrahlmusters ermöglichen, aus dem ohne die gleichzeitige übertragung eines Synchronisationssignals eine Ortszuweisung in einem Koordinatensystem am Ort eines Flugkörpers vollziehbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein gebündelter, nicht modulierter Lichtstrahl zeilenweise geradlinig oder gekrümmt derart abgelenkt wird, daß die Zeilenlänge stetig wächst oder fällt und die Zeilenabstände stetig wachsen oder fallen, und daß nach der Erzeugung eines ersten derartigen Zeilenmusters ein weiteres gleichartiges Zeilenmuster erzeugt wird, welches das erste Zeilenmuster schneidet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung des abgelenkten Lichtstrahles sieht vor, daß ein von einem Sender erzeugter gebündelter, unmodulierter Lichtstrahl von einer mit einer Frequenz f_R arbeitenden ersten Ablenkeinrichtung zeilenweise mit stetig wachsender

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oder fallender Zeilenlänge abgelenkt wird und daß die so erzeugten Zeilen mit Hilfe einer zweiten Ablenkeinrichtung mit stetig wachsendem oder fallendem Zeilenabstand aufgefächert werden, und daß anschließend mittels einer Bilddreheinrichtung aufeinanderfolgende Zeilenmuster so projiziert werden, daß sich ihre Zeilen schneiden.

Vorteilhafterweise ist dabei die erste Ablenkeinrich-

T° tung als eir mit der Drehfrequenz f_ rotierender Ροκ

lygonprismenspiegel ausgeführt, dessen Facetten eine linear ansteigende Kantenlänge aufweisen. Die zweite Ablenkeinrichtung besteht aus einem mit der Frequenz f_c um eine zur Drehachse des Polygonprismenspiegels etwa senkrechte Achse schwingenden Spiegel. Weiterhin ist ein bilddrehendes Prisma vorgesehen. Das erzeugte Zeilenmuster wird dabei mittels steuerbarer Blenden alternierend über einen das Zeilenmuster drehenden und über einen das Zeilenmuster nicht drehenden Strahlengang geführt.

Ein Ausführungebeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Leitstrahles;

Fig. 2 ein erzeugtes Zeilenmuster aus einer Ablenkrichtung;

Fig. 3 ein Zeilenraster.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs-

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gemäßen Einrichtung zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles dargestellt. Ein Licht-Sender 2 bekannter Art, wie zum Beispiel ein Lasergerät, erzeugt einen unmodulierten, scharf gebündelten Lichtstrahl 1, der auf eine erste Ablenkeinrichtung 3 trifft. Diese wird im Beispiel von einem Polygonprismenspiegel gebildet, der mit der Drehfrequenz f_ um seine senkrecht zur Zeichnungsebene stehende Drehachse rotiert, über seinen Umfang sind eine Gruppe von Spiegel-Facetten 6a, 6b, 6c... dergestalt angeordnet, daß die Facetten pro Umdrehung des Spiegels eine stetig wachsende Kantenlänge k aufweisen. Dadurch beschreibt der reflektierte Lichtstrahl 1 in der horizontalen Richtung Zeilen von unterschiedlicher, stetig wachsender Länge 1.

Als zweite Ablenkeinrichtung 4 ist im Ausführungsbeispiel ein um eine in der Zeichenebene befindliche Achse mit der Frequenz £„ schwingender Spiegel vorgesehen. Dieser fächert die vorher erzeugten Zeilen in vertikaler Richtung auf. Im Beispiel wird die Frequenz f so gewählt, daß der Zeilenabstand d mit wachsender Zeilenlänge 1 ebenfalls zunimmt, so daß ein Zeilenmuster 20 wie in Fig. 2 dargestellt entsteht.

Um nun am Ort des Empfängers eine eindeutige Ortszuweisung in einem wählbaren Koordinatensystem durchführen zu können, ist es notwendig, das erzeugte Zeilenmuster 20 abwechselnd in zwei Richtungen der Koordinatenebene zu projizieren, da die unmodulierten Lichtzeilen zunächst kein ausreichendes Kriterium zur Ortszuweisung enthalten. Deshalb wird der Lichtstrahl mit dem Zeilenmuster 20 mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 7, der als Strahlteiler eingesetzt ist, in zwei Teilstrahlen 8, 10 der Bilddreheinrichtung 5. aufgeteilt. Der

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eine Teilstrahl 8 wird über ein Bilddrehprisma 9 geführt, so daß ein um 90° gedrehtes Zeilenmuster 21 im Lichtstrahl 14 erzeugt wird. Der andere Teilstrahl 10 wird ungedreht über weitere Spiegel 11, 12, 13 auf den Ausgangslichtstrahl 14 des Bilddrehprismas 9 zurückgeführt. In die beiden Teilstrahlen 14, 10 ist an geeigneter Stelle eine Blende 15 eingefügt, die die beiden Teilstrahlen abwechselnd freigibt. Somit wird ein Zeilenraster mit abwechselnd horizontalem oder vertikalem Zeilenmuster 20, 21 projiziert.

Im in Fig. 3 dargestellten Überlappungsbereich der beiden Zeilenmuster 20, 21 kann nun der Empfänger eines Flugkörpers seine Position in Höhen- und Seitenabwei-

¹^ chung bezogen auf den Schnittpunkt der beiden "Nullzeilen" bestimmen. Der Flugkörperempfänger empfängt während einer vollen Abtastperiode zwei Impulszüge, bestehend aus mindestens je zwei Einzelimpulsen. Ein eingebauter, synchronisierter Zeittaktgeber ermöglicht es dem Empfänger, die gemessenen Impulsabstände den jeweiligen Abtastrichtungen zuzuordnen. Zwischen den Einzelimpulsabständen innerhalb eines Abtastzeilenmusters und den zugehörigen Koordinatenwerten mu8 dabei eine eindeutige gesetzmäßige Beziehung bestehen.

Es besteht im Rahmen der Erfindung durchaus die Möglichkeit, nicht nur geradlinige Zeilenmuster, wie in Fig. 3 dargestellt, zu verwenden, sondern auch gekrümmte Zeilenmuster. Diese müssen nur die Forderung nach einer eindeutigen Ortszuweisung im erzeugten Koordinatensystem erfüllen.

Herkömmliche Leitstrahlverfahren, bei denen das Projektionsfeld mittels eines gebündelten Laserstrahles abge-

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tastet wird, erfordern üblicherweise eine genaue Synchronisation zwischen dem Sender und dem Empfänger, da die Phasenlage des Signals die Ortsinformation enthält. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin begründet, daß hier die Ortsinformation nicht in der Abtastphase liegt, sondern allein aus der Form des Abtastsignales die Position des Empfängers im Zeilenraster bestimmbar ist. Damit ist auch kein Synchronisationssignal zur Markierung des Zeitnullpunktes erforderlich.

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Leferseite -

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1. Verfahren zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles zur Lenkung eines Flugkörpers unter Verwendung eines Leitstrahlsenders, dessen Lichtstrahlen mittels Ablenkeinrichtungen, wie zum Beispiel Schwingspiegel, einen vorgebbaren Winkel bezüglich einer Visierlinie in periodisch wechselnder Richtung überstreichen, wobei zwei zueinander senkrechte Ebenen durchlaufen werden, dadurch gekennzeichnet , daß ein gebündelter, nicht modulierter Lichtstrahl (1) zeilenweise geradlinig oder gekrümmt derart abgelenkt wird, daß die Zeilenlänge (1) stetig wächst oder fällt und die Zeilenabstände (d) stetig wachsen oder fallen, und daß nach der Erzeugung eines ersten derartigen Zeilenmusters (20) ein weiteres gleichartiges Zeilenmuster (21) erzeugt wird, welches das erste Zeilenmuster (20) schneidet.

2. Einrichtung zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein von einem Sender (2) erzeugter gebündelter, unmodulierter Lichtstrahl (1) von einer mit einer Frequenz f_R arbeitenden ersten Ablenkeinrichtung (3) zeilenweise mit stetig wachsender oder fallender Zeilenlänge (1) abgelenkt wird und daß die so erzeugten Zeilen mit Hilfe einer zweiten Ablenkeinrichtung (4) mit stetig wachsendem oder fallendem Zeilenabstand (d) aufgefächert werden, und daß

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anschließend mittels einer Bilddreheinrichtung (5.) aufeinanderfolgend Zeilenmuster (20, 21) so projiziert werden, daß sich ihre Zeilen schneiden.

3. Einrichtung zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Ablenkeinrichtung (3) aus einem mit der Drehfrequenz f_R rotierenden Polygonprismenspiegel (3) besteht, dessen Facetten (6a, 6b, 6c) eine stetig ansteigende Kantenlänge (k) aufweisen.

4. Einrichtung zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Ablenkeinrichtung (4) aus einem mit der Frequenz f„ um eine zur Drehachse des Polygonprismenspiegels (3) etwa senkrechte Achse schwingenden Spiegel (4) besteht.

5. Einrichtung zur Erzeugung eines abgelenkten Lichtstrahles nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Bilddreheinrichtung (5.) einen ersten Strahlteiler (7) aufweist, dessen erster Ausgangsstrahl (8) über ein bilddrehendes Prisma (9) geführt wird und dessen zweiter Ausgangsstrahl (10) ungedreht mittels weiterer Ablenkeinrichtungen (11, 12, 13), wie zum Beispiel Spiegel, auf den Ausgangsstrahl (14) des Prismas (9) zurückgeführt wird, nachdem beide Lichtstrahlen (10, 14) eine Blende (15) durchlaufen haben, die alternierend den einen oder den anderen Strahlengang freigibt.