DE4135260C1

DE4135260C1 -

Info

Publication number: DE4135260C1
Application number: DE4135260A
Authority: DE
Inventors: Hans 7776 Owingen De Kordulla
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2011-10-26
Also published as: EP0538671B1; DE59205002D1; EP0538671A1; US5262630A

Description

Die Erfindung betrifft einen Suchkopf, insbesondere für zielsuchende Flugkörper, mit einem kardanisch über einen Innen- und einen Außenrahmen gegenüber einer Struktur allseitig beweglich gelagerten abbildenden optischen System und einem Detektor, auf welchem durch das optische System ein Bild eines Gesichtsfeldes erzeugbar ist, bei welchem

a) das abbildende optische System ein auf dem Innenrahmen angeordnetes, objektseitiges optisches Glied aufweist, das eine optische Achse des abbildenden optischen Systems definiert,
b) das optische System einen auf dem Innenrahmen angeordneten Umlenkspiegel enthält, durch welchen der Strahlengang gefaltet wird und
c) Spiegelmittel vorgesehen sind, welche den Strahlengang umkehren.

Bei einem bekannten Suchkopf sind ein Infrarot-Empfangssystem zusammen mit einem Drehgeschwindigkeitssensor und der zugehörigen Steuer- und Verstärkungselektronik in einem Gehäuse starr miteinander verbunden. Das Infrarot- Empfangssystem besteht dabei aus einem gasgekühlten Mehrelementdetektor, einem abbildenden optischen System in Form eines gefalteten Linsenobjektivs und einer Abtasteinrichtung zum Abtasten eines von dem Sucher erfaßten Gesichtsfeldes. Das abbildende optische System bildet das Gesichtsfeld in der Ebene des Detektors ab. Die Abtasteinrichtung bewirkt eine Bewegung des Gesichtsfeldbildes relativ zu dem Detektor, so daß der Mehrelementdetektor das Gesichtsfeld abtastet.

Das erwähnte Gehäuse bildet einen um Nick- und Gierachse drehbaren Rahmen eines Rahmensystems. Der Suchkopf kann sich daher relativ zu der Struktur, z. B. der Zelle eines Flugkörpers, in einem begrenzten Winkelbereich verdrehen und auf ein Ziel ausrichten. Die elektrischen Leitungen des Mehrelementdetektors sowie die Hochdruck-Gaszuleitungen müssen dabei in dem Winkelbereich flexibel über die beiden Rahmenachsen (Nick- und Gierachse) geführt werden. Eine solche Anordnung ist aufwendig. Der Suchkopf wird unerwünscht groß und schwer. Außerdem ergeben sich hohe Rahmenträgheitsmomente.

Es sind weiterhin Suchköpfe bekannt, bei denen das abbildende System auf einem um zwei Achsen beweglich gelagerten Rahmen angeordnet ist, während der Infrarot-Detektor strukturfest angeordnet ist. Durch zusätzliche optische Elemente (Linsen und Spiegel) und Zwischenabbildungen werden die gebündelten Infrarotstrahlen durch die Rahmenachsen geführt. Dadurch wird ein Infrarotbild in der strukturfesten Ebene des Infrarot- Detektors erzeugt. Das erfordert ein sehr aufwendiges optisches System. Außerdem treten dabei gerade im Infrarotbereich zusätzlich Transmissions- und Streuverluste an den optischen Elementen auf. Weiterhin ergeben sich Einbußen in der Bildauflösung.

Die DE-B-24 54 480 zeigt einen Suchkopf, bei dem ein Außenrahmen um die Längsachse des Flugkörpers drehbar angeordnet ist. Ein Innenrahmen ist um eine zu der Rahmenachse des Außenrahmens senkrechte Achse gegenüber dem Außenrahmen drehbar. Der Innenrahmen trägt ein Objektiv, das eine optische Achse bestimmt, einen Umlenkspiegel und einen bilddrehenden Dachkantspiegel. Dabei verläuft der Strahlengang von dem Objektiv auf den Dachkantspiegel und von diesem auf den Umlenkspiegel. Der Umlenkspiegel ist durch ein Getriebe um die Rahmenachse des Innenrahmens verschwenkbar. Die Verschwenkung erfolgt um den halben Schwenkwinkel des Innenrahmens. Dadurch wird der Strahlengang stets in ein außenrahmenfestes optisches System geleitet, welches das Lichtbündel zu einem Detektor führt.

Die DE-B-26 37 735 zeigt einen Suchkopf mit einer Abtastvorrichtung, bei welcher ein Gesichtsfeld von einem Detektor mittels eines umlaufenden Facettenspiegels abgetastet wird. Der Suchkopf weist einen Außen- und einen Innenrahmen auf. Am Innenrahmen ist ein stabilisierender Kreiselrotor gelagert, der einen ringförmigen Facettenspiegel trägt. Auf dem Innenrahmen sitz ein Objektiv, das eine optische Achse definiert. Ein am Innenrahmen sitzender Umlenkspiegel lenkt den Strahlengang schräg zur Seite auf den Facettenspiegel, von dem das abbildende Lichtbündel über weitere optische Glieder auf den innenrahmenfesten Detektor geleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, kleinen und leichten Sucher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem Lichtverluste und Einbußen an Bildauflösung, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten, vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Suchkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

d) der Umlenkspiegel auf dem Innenrahmen feststehend und objektseitig von den Spiegelmitteln so angeordnet ist, daß die umgelenkte optische Achse mit der Rahmenachse des Innenrahmens zusammenfällt,
e) der Detektor im Außenrahmen auf den Rahmenachse des Innenrahmens gehaltert ist und
f) die Spiegelmittel ebenfalls auf der Rahmenachse des Innenrahmens angeordnet sind und die von dem Umlenkspiegel in die Richtung der Rahmenachse des Innenrahmens umgelenkten Strahlengang umkehren und auf den Detektor lenken.

Bei einer solchen Anordnung wird die Optik sehr einfach. Der Innenrahmen trägt nur das abbildende optische System und den Umlenkspiegel. Der Detektor sitzt an dem Außenrahmen. Es brauchen also keine Leitungen von dem Außenrahmen auf den Innenrahmen geführt zu werden.

Der Detektor kann ein zweidimensionaler Mehrelementdetektor sein. In diesem Fall können die Spiegelmittel von einem einfachen Planspiegel gebildet sein. Vorteilhafterweise ist jedoch der Detektor ein Reihendetektor. Die Siegelmittel sind dann von bilddrehenden Mitteln gebildet, die um die Rahmenachse des Innenrahmens antreibbar sind.

Die Spiegelmittel sind vorteilhafterweise auf dem Außenrahmen angeordnet. Das macht es leichter, die Spiegelmittel z. B. als bilddrehende Mittel anzutreiben.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 14.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die einen Schnitt durch einen Infrarot-Sucher zeigt.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Struktur, speziell die Zelle eines Flugkörpers, bezeichnet, die am vorderen Ende durch einen Dom 12 abgeschlossen ist. In der Zelle 10 ist ein Sucher 14 gehaltert. Ein Suchergehäuse 16 ist durch Schrauben 18 mit der Zelle 10 verbunden. In dem Sucher gehäuse 18 ist ein Außenrahmen 20 um eine Nickachse schwenkbar gelagert. Die Lagerung ist in der Zeichnung nicht zu sehen. Die Schwenkachse verläuft durch den Mittelpunkt 22 senkrecht zur Papierebene der Zeichnung. In dem Außenrahmen 20 ist ein Innenrahmen 24 um eine von der Gierachse gebildete Rahmenachse 26 gelagert. Die Rahmen achse 26 des Innenrahmens 24 verläuft durch den Mittel punkt 22 und senkrecht zu der die Rahmenachse des Außen rahmens bildenden Nickachse.

Auf dem Innenrahmen 24 sitzt eine Linse 28 als Objektiv, das ein Gesichtsfeld in der Ebene eines Detektors 30 abbildet. Die Linse 28 besteht aus einen infrarotdurch lässigen Material. Die Linse 28 definiert eine optische Achse 32. Die optische Achse 32 ist senkrecht zu der Rahmenachse 26 und verläuft auch durch den Mittelpunkt 22. Auf dem Innenrahmen 24 ist weiterhin ein von einem Plan spiegel gebildeter Umlenkspiegel 34 angeordnet. Der Umlenkspiegel 34 ist unter 45° zu der optischen Achse 32 geneigt. Die Reflexionsebene 36 des Umlenkspiegels 34 geht ebenfalls durch den Mittelpunkt 22. Das von der Linse erfaßte Lichtbündel wird durch den Umlenkspiegel 34 so um 90° umgelenkt, daß die umgelenkte optische Achse 38 mit der Rahmenachse 26 zusammenfällt.

Der Umlenkspiegel 34 weist einen zentralen Durchbruch 40 auf. Durch diesen Durchbruch 40 hindurch ragt eine Detektoranordnung 42 mit dem Detektor 30. Die Detektor anordnung 42 enthält in bekannter Weise ein Dewargefäß und einen Kühler zum Kühlen des Detektors. Der Detektor ist ein Reihendetektor, d. h. ein Detektor mit einer Reihe von getrennten Detektorelementen. Die Detektoranordnung 42 sitzt an dem Außenrahmen 20. An dem Außenrahmen sitzen auch Spiegelmittel 44. Diese Spiegelmittel 44 sind dem Detektor 30 gegenüber auf der Rahmenachse 26 angeordnet. Das von dem Umlenkspiegel 34 umgelenkte, abbildende Licht bündel fällt auf die Spiegelmittel 44 und wird von diesen auf den Detektor 30 zurückgeworfen. Die Linse 28 erzeugt dadurch über den Umlenkspiegel 34 und die Spiegelmittel 44 ein Bild eines beobachteten Gesichtsfeldes in der Ebene des Detektors 30.

Im vorliegenden Fall ist der Detektor 30 ein Reihen detektor. Die Spiegelmittel 44 sind daher zugleich als bilddrehende Mittel ausgebildet, die angetrieben werden und eine kontinuierliche Bilddrehung des Bildes des Gesichtsfeldes um die Rahmenachse 26 bewirken. Dadurch wird das Bild des Gesichtsfeldes relativ zu dem Detektor 30 gedreht und dadurch von dem Detektor 30 wie von einem Uhrzeiger abgetastet. Zur Erzeugung der Bilddrehung sind die Spiegelmittel 44 von einem Dachkantspiegel mit zwei zueinander senkrechten Planspiegeln 46 und 48 gebildet. Die Dachkante 50 der Planspiegel 46, 48 schneidet die Rahmenachse 26 senkrecht. Die Planspiegel 46 und 48 sitzen in einer Halterung 52 mit einer längs der Rahmenachse 26 sich erstreckenden Welle 54. Die Welle 54 ist in Lagern 56 und 58 in dem Außenrahmen 20 gelagert. Auf der Welle 54 sitzt der Rotor 60 eines Antriebsmotors, dessen Stator 62 auf dem Außenrahmen 20 angeordnet ist.

Auf dem Innenrahmen 24 sitzt ein Drehgeschwindigkeits sensor 64 in Form eines Kreisels.

Die Detektoranordnung 42 sitzt in einer an dem Außenrahmen 20 vorgesehenen, hülsenförmigen Halterung 66. Der Innen rahmen 24 ist über ein Kugellager 68 auf dieser Halterung 66 gelagert. Weiterhin bildet der Außenrahmen 20 koaxial zu der Rahmenachse 26 des Innenrahmens 24 einen Kragen 70. Auf diesem Kragen 70 ist der Innenrahmen 24 ebenfalls über Kugellager 72 gelagert. Die Kugellager 72 sind von dem ringförmigen Rotor 74 eines Rahmenstellmotors umgeben. Dieser Rotor 74 sitzt am Innenrahmen 24. Der Rotor 74 des Rahmenstellmotors ist wiederum von dem Stator 76 umgeben, der am Außenrahmen angeordnet ist. Der Kragen 70 umgibt die Spiegelmittel 44 und die Halterung 52.

Ein Winkelsensor 78 erfaßt die Winkellage des Innenrahmens 24 relativ zu dem Außenrahmen 20. Ein entsprechender, nicht dargestellter, Winkelsensor erfaßt die Winkellage des Außenrahmens um die Nickachse relativ zu dem Sucher gehäuse 16.

Auf dem Innenrahmen 24 sitzt eine Abtasteinrichtung 80, die Marken auf dem Rand 82 der Halterung 52 abtastet. Die Abtasteinrichtung 88 liefert dadurch die Winkellage der bilddrehenden Spiegelmittel 44 relativ zu dem Innenrahmen 24, und zwar obwohl die Halterung 52 im Außenrahmen 20 gelagert ist. Die bilddrehenden Spiegelmittel 44 mit den beiden Planspiegeln 46 und 48 bewirken eine Bilddrehung mit der doppelten Umlauffrequenz der Halterung 52. Aus der Nummer jedes Detektorelements und der Winkelinformation von der Abtasteinrichtung 80 kann jedem Detektorsignal ein bestimmter Bildpunkt zugeordnet werden. Aus der Bild abtastung werden Signale gewonnen, welche über den Rahmenstellmotor 74, 76 und einen entsprechenden, um die Nickachse wirkenden zweiten Rahmenstellmotor eine Aus richtung des Suchers 14 auf ein erfaßtes Ziel bewirken. Das ist bekannte Technik und daher hier nicht im einzelnen beschrieben.

Claims

1. Suchkopf, insbesondere für zielsuchende Flugkörper, enthaltend ein kardanisch über einen Innen- und einen Außenrahmen (24 bzw. 16) gegenüber einer Struktur (10) allseitig beweglich gelagertes optisches System und einen Detektor (30), auf welchem durch das optische System ein Bild eines Gesichtsfeldes erzeugbar ist, bei welchem

a) das abbildende optische System ein auf dem Innenrahmen (24) angeordnetes, objektseitiges optisches Glied (28) aufweist, das eine optische Achse (32) des abbildenden optischen Systems definiert,
b) das optische System einen auf dem Innenrahmen (24) angeordneten Umlenkspiegel (34) enthält, durch welchen der Strahlengang gefaltet wird und
c) Spiegelmittel (46, 48) vorgesehen sind welche den Strahlengang umkehren,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Umlenkspiegel (34) auf dem Innenrahmen (24) feststehend und objektseitig von den Spiegelmitteln (46, 48) so angeordnet ist, daß die umgelenkte optische Achse (38) mit der Rahmenachse des Innenrahmens (24) zusammenfällt,
e) der Detektor (30) im Außenrahmen (16) auf der Rahmenachse des Innenrahmens (24) gehaltert ist und
f) die Spiegelmittel (46, 48) ebenfalls auf der Rahmenachse des Innenrahmens (24) angeordnet sind und die von dem Umlenkspiegel (34) in die Richtung der Rahmenachse des Innenrahmens (24) umgelenkten Strahlengang umkehren und auf den Detektor (30) lenken.

2. Sucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Rahmenachse (26) des Innenrahmens (24) angeordneten Spiegelmittel (44) am Außenrahmen (20) angebracht sind.

3. Sucher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Detektor (30) ein Reihendetektor ist und
b) die Spiegelmittel (44) von bilddrehenden Mitteln gebildet sind, die um die Rahmenachse (26) des Innenrahmens (24) antreibbar sind.

4. Sucher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Umlenkspiegel (34) im Bereich der Rahmenachse (26) des Innenrahmens (24) einen Durchbruch (40) aufweist und
b) eine den Detektor (30) enthaltende Detektor anordnung (42) durch diesen Durchbruch (40) hindurchragt.

5. Sucher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bilddrehenden Mittel von einem Dachkantspiegel (46, 48) gebildet sind, dessen Dachkante (50) die Rahmenachse (26) des Innenrahmens (24) senkrecht schneidet.

6. Sucher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Detektoranordnung (42) in einer am Außenrahmen (20) vorgesehenen, hülsenartigen Halterung (66) gehaltert ist und
b) der Innenrahmen (24) über ein Lager (78) auf der hülsenartigen Halterung (66) gelagert ist.

7. Sucher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die bilddrehenden Mittel von einem am Außenrahmen (20) vorgesehenen Kragen (70) umgeben sind und
b) der Innenrahmen (24) über ein Lager (72) auf diesem Kragen (70) gelagert ist.

8. Sucher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Lager (72) von dem am Innenrahmen (24) sitzenden, ringförmigen Rotor (74) eines Rahmen stellmotors für den Innenrahmen (24) umgeben ist und
b) der Rotor (74) von dem an dem Außenrahmen (20) sitzenden Stator (76) dieses Rahmenstellmotors umgeben ist.

9. Sucher nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Außenrahmen (20) gleich achsig zur Rahmenachse (26) des Innenrahmens (24) ein Antriebsmotor (60, 62) für die bilddrehenden Mittel vorgesehen ist.

10. Sucher nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Innenrahmen (24) eine Abtasteinrichtung (80) angeordnet ist, welche auf die relative Winkellage der bilddrehenden Mittel (44) zu dem Innenrahmen (20) anspricht.

11. Sucher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Innenrahmen (24) ein Dreh geschwindigkeitssensor (64) angebracht ist.

12. Sucher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Außenrahmen (20) ein Winkelsensor (78) angebracht ist, der auf die relative Winkellage zwischen Innen- und Außenrahmen (24, 20) um die Rahmenachse (26) des Innenrahmens (24) anspricht.

13. Sucher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (30) ein Infrarot detektor ist.

14. Sucher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende optische System mit wenigstens einer Linse (28) aus infrarotdurchlässigem Material aufgebaut ist.