DE978068C - Optischer Geschoßzünder mit einer strahlungsempfindlichen Zelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Geschoßzünder mit einer strahlungsempfindlichen Zelle, deren strahlungsempfindliche Oberfläche von der Achse des Geschosses im wesentlichen senkrecht durchsetzt wird, und mit — die etwa senkrecht zur Geschoßachse einfallende Strahlung — fokussierenden und reflektierenden optischen Mitteln.

Bei einem bekannten optischen Geschoßzünder dieser Bauart ist für die optische Einrichtung eine beträchtliche axiale Erstreckung erforderlich, weil die in axialer Richtung durch einen Ringreflektor abgelenkten Strahlen durch einen konvexen Reflektor durch eine Öffnung auf die strahlungsempfindliche Zelle gerichtet werden müssen und zur Erfassung eines genügend breiten Strahlungsbündels der Reflektor nicht beliebig nahe an den Ringreflektor herangebracht werden kann. Dies ist insbesondere bei der bekannten Anordnung wegen der Forderung eines möglichst senkrechten Auffalls der Strahlen auf die strahlungsempfindliche Zelle nicht möglich.

Es sind zwar auch optische Geschoßzünder relativ kurzer axialer Baulänge bekannt, jedoch wird bei diesen der Vorzug einer kurzen axialen Baulänge mit dem schwerwiegenden Nachteil erkauft, daß die Strahlen zum Teil unter sehr spitzen Winkeln auf die Oberfläche der strahlungsempfindlichen Zelle auftreffen, so daß sich eine ungünstige Ansprechcharakteristik ergibt.

Gemäß der Erfindung werden die nach den bisherigen Erkenntnissen einander zuwiderlaufenden Forderungen kurzer axialer Baulänge und eines Auftreffens der Strahlen auf die strahlungsempfindliche Zelle in einem im wesentlichen rechten Winkel bei einem optischen Geschoßzünder der eingangs genannten Bauart gemeinsam dadurch erfüllt, daß in bekannter Weise eine Ringlinse als fokussierendes optisches Mittel verwendet ist und daß ein als rotationssymetrischer Körper ausgebildeter Ringreflektor innerhalb der Ringlinse angeordnet ist, dessen innere reflektierende Oberfläche in Achsnähe symmetrisch zur Achse liegt und ein Bündel der von der Ringlinse gebündelten Strahlung noch mehr in Achsrichtung lenkend auf die Oberfläche der strahlungsempfindlichen Zelle hin richtet.

Es ist zwar bei einem optischen Geschoßzünder bereits bekannt, eine Ringlinse anzuwenden, die im Winkel von 360° um die Geschoßachse herum auftreffende Strahlung bündelt, jedoch wird bei der bekannten Anordnung die von der Ringlinse in einem Ring gebündelte Strahlung unmittelbar auf ein ringförmiges strahlungsempfindliches Element projiziert. Dadurch ergibt sich für jeden Winkelabschnitt innerhalb des 360°-Bereiches für die ankommende Strahlung ein Abschnitt der strahlungsempfindlichen Fläche. Im Hinblick auf die Empfindlichkeit ist es jedoch zweckmäßiger, einen optischen Geschoßzünder der erfindungsgemäßen Gattung zu benutzen, bei dem die strahlungsempfindliche Oberfläche von der Achse des Geschosses senkrecht durchsetzt wird und auf dieser Oberfläche alle Strahlungen projiziert werden, unabhängig aus welchem Winkelbereich sie eintreffen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die reflektierende Oberfläche des Ringreflektors als Abschnitt eines Ellipsoiden ausgebildet, und der eine Brennpunkt des Ringreflektors liegt in der Oberfläche der strahlungsempfindlichen Zelle und der andere Brennpunkt ist so angeordnet, daß in ihm das Strahlungsbündel von der Ringlinse her fokussiert wird. Auf diese Weise wird die im wesentlichen punktförmig konzentrierte Strahlung des gesamten Umfangs auf Grund der optischen Gesetze von dem einen Brennpunkt in den anderen mit hohem Wirkungsgrad reflektiert, d. h. auf die strahlungsempfindliche Zelle.

Statt dessen kann jedoch der Reflektor auch sphärisch ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Zwillingssystem eines derartigen optischen Geschoßzünders in der Weise vorgesehen, daß einer gemeinsamen Ringlinse zwei Ringreflektoren zugeordnet sind, die mit je einer strahlungsempfindlichen Zelle

zusammenwirken, und die beiden optischen Teilsysteme aus Ringreflektor und Photozelle bestehend, sind im wesentlichen symmetrisch zu einer Ebene, welche senkrecht zur Achse des Geschosses liegt. Hierdurch können zwei verschiedene unter verschiedenen Winkeln auftreffende Lichtbündel für die Zündung eines Flugkörpers wirksam gemacht werden. Es kann durch die zeitliche Differenz des Auffalls auf die strahlungsempfindlichen Zellen der beiden Teilsysteme, z. B. ein wichtiger Rückschluß auf das Ziel getroffen werden, wobei über elektronische Einrichtung die Zündung in der gewünschten Weise erfolgen kann.

Bei einer derartigen Zwillingsanordnung sind zweckmäßigerweise Strahlungsbegrenzungsschirme vorgesehen, um die Breite der beiden Lichtbündel zu begrenzen und um so definierte Lichtbündel zu erhalten, deren Wirkung auf den strahlungsempfindlichen Zellen in der gewünschten Weise in Auslösesignale umgesetzt werden kann.

Die äußere Oberfläche der Linse kann eine hyperbolische Erzeugende haben. Statt dessen kann die äußere Oberfläche der Linse jedoch auch eine kreisbogenförmige Erzeugende haben.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Zündersystems für einen Flugkörper, für welchen die Erfindung in erster Linie anwendbar ist,

Fig.2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen optischen Zündersystems für einen Flugkörper,

F i g. 3 einen Längsschnitt des optischen, in F i g. 2 dargestellten Systems.

Der Flugkörper 10 (Fig. 1) weist zum Zwecke der Einleitung seiner Explosion ein Zündersystem auf, welches durch von einem Ziel ausgesandte Infrarotstrahlung betätigt wird. Das optische Zündersystem ist derart ausgebildet, daß das Zündersystem auf Strahlungen anspricht, die von Quellen herrühren, welche in zwei Sichtfeldern 12 und 14 liegen, wobei jedes der Sichtfelder vorn und hinten durch Kegeloberflächen begrenzt wird, die koaxial zu dem Flugkörper liegen und einen kleinen Winkel einschließen. Dadurch kann das Zündersystem herausfinden, wenn eine Quelle infraroter Strahlung in das vordere Sichtfeld 12 und dann in das hintere Sichtfeld 14 eintritt, so daß die Explosion so eingeleitet werden kann, daß sie stattfindet, wenn die Strahlungsquelle in einer Ebene quer zur Achse des Flugkörpers in vorbestimmter Beziehung zu den Sichtfeldern liegt.

Der Flugkörper 10 weist eine konische Nase und einen Hauptkörper 16 mit einer Kappe 18 auf, die längs der Achse 20 des Flugkörpers von dem Hauptkörper distanziert ist. Zwischen dem Hauptkörper 16 und der Kappe 18 liegt ein rings um den Flugkörper laufendes Fenster 22, welches aus einem Kegelstumpf aus Kalzium-Aluminat-Glas besteht. Die Oberfläche des Fensters 22 bildet eine Fortsetzung der Oberflächen des Hauptkörpers 16 und der Kappe 18.

Innerhalb des Fensters 22 und zwischen dem Hauptkörper 16 und der Kappe 18 ist eine aus ultrarotdurchlässigem Arsen-Trisulfid bestehende Ringlinse 24 befestigt. Die Linse besteht aus einem Rotationskörper, der durch Drehung um eine mit der Achse 20 des Flugkörpers zusammenfallende Achse entstanden ist, wobei der innere Ring eine Erzeugende hat, die geradlinig und parallel zu der Achse 20 verläuft.

Die Erzeugende der äußeren Oberfläche ist hyperbolisch.

Die Linse 24 bewirkt eine Fokussierung der in dem Sichtfeld 12 ankommenden Strahlung etwa an der Stelle 26 in der Nähe der Flugkörperachse 20 und der in dem Sichtfeld 14 ankommenden Strahlung ungefähr an einer Stelle 28 in der Nähe der Flugkörperachse 20. Die Strahlung wird in einem kleinen rings um die Flugkörperachse verlaufenden Ring fokussiert. Die Strahlungen in dem Sichtfeld 12 werden auf einem Konus zentriert, der mit der Achse 20 einen Winkel <x einschließt, und die Strahlung in dem Gesichtsfeld 14 wird auf einem Konus zentriert, der mit der Achse 20 einen Winkel von a + β einschließt.
In der Mitte des Hauptkörpers 16 ist eine nach vorwärts gerichtete, auf Strahlung ansprechende photoelektrische Zelle 30 vorgesehen, deren strahlungsempfindliches Element 32 hinter einem Filter 34 liegt, der nur Strahlungen eines bestimmten infraroten Wellenlängenbereiches durchläßt. Um die Welle 30 herum ist ein ringförmiger Träger 36 mit einem Flansch 38 angeordnet, der als Begrenzungsschirm dient. Der Träger 36 trägt in einem Mittelloch einen Ringreflektor 40 mit einer inneren konkaven reflektierenden Oberfläehe 42. Der Schnitt der Oberfläche 42 ist in jeder durch die Achse 20 laufenden Schnittebene elliptisch. Die Ellipse, von welcher die Oberfläche einen Teil bildet, hat zwei Brennpunkte, von denen der eine etwa im Brennpunkt der Linse 24, der andere etwa im lichtempfindlichen Element 32 liegt. Von hier aus wird die Strahlung von der Oberfläche 42 durch das Filter 34 auf das empfindliche Element 32 reflektiert.

In der Mitte der Kappe 18 ist eine nach hinten weisende, auf Strahlung ansprechende photoelektrische Zelle 44 angeordnet, deren strahlungsempfindliches Element 46 vor einem Filter 48 liegt, das nur Strahlungen eines bestimmten Infrarot-Wellenlängenbereiches durchläßt. Um die Zelle 44 ist ein Ringträger 50 mit einem Flansch 52 geführt, der als Begrenzungsschirm dient. Der Träger 50 trägt in einem Mittelloch einen Ringreflektor 54 mit inneren konkaven reflektierenden Oberflächen 56. Diese gleichen dem Reflektor 40 mit dem Unterschied, daß der Brennpunkt der Linse 24 in der Nähe eines der Brennpunkte der Ellipse liegt, von der die Oberfläche 56 in jener Ebene einen Teil bildet. Von hier aus wird die Strahlung von der Oberfläche 56 durch das Filter 48 auf das strahlungsempfindliche Element 46 reflektiert. Der Träger 50 trägt außerdem ein Armkreuz 58, welches seinerseits einen Begrenzungsschirm 60 trägt, der senkrecht zur Achse 20 zwischen den Reflektoren 40 und 54 liegt.

Der Schirm 60 liegt in einer Ebene 62 senkrecht zu der Achse 20, welche die Symmetrieachse des optischen Systems darstellt.

Im Betrieb tritt die Infrarotstrahlung in dem Gesichtsfeld 12 durch das Fenster 22 ein und wird durch die Linse 24 bei 26 fokussiert. Die nicht aus dem Gesichtsfeld 12 kommende Strahlung wird durch die Schirme 52 und 60 auf der einen Seite und durch die Kante des nach vorn offenen Endes des Reflektors 40 auf der anderen Seite abgeschirmt. Von der Stelle 26 aus trifft die Strahlung auf die Reflektionsoberflächen 42 auf und wird von diesen durch das Filter 34 zum strahlungsempfindlichen Element 32 der Zelle 30 reflektiert.

Die Infrarotstrahlung des Gesichtsfeldes 14 tritt durch das Fenster 22 ein und wird durch die Linse 24 bei 28 fokussiert. Die nicht in dem Gesichtsfeld 14

befindliche Strahlung wird durch die Begrenzungsschirme 38 und 60 auf der einen Seite und durch die Kante des nach hinten offenen Endes des Reflektors 54 auf der anderen Seite abgeschirmt. Von der Stelle 28 aus trifft die Strahlung auf die reflektierenden Oberflächen 56 auf und wird von diesen über das Filter 48 auf das strahlungsempfindliche Element 46 der Zelle 44 reflektiert.

Wenn das Feld der Infrarotstrahlungen im Hintergrund konstant ist, bleibt auch der Betrag der auf die Zellen 30 und 44 einfallenden Strahlung im wesentlichen konstant. Wenn jedoch eine Quelle infraroter Strahlung (z. B. der Auspuff eines Gasturbinentriebwerkes) in das Gesichtsfeld 12 eintritt, bewirkt dies infolge des Betrages der auf die Zelle einfallenden Strahlung eine Änderung des Ausgangs dieser Zellen. Darauffolgend tritt die Quelle in das Gesichtsfeld 14 ein und bewirkt hier eine gleiche Änderung des Ausgangs der Zelle 44. Diese Änderungen im Ausgang bestehen vorzugsweise aus elektrischen Impulsen und werden benutzt, um die Explosion des Flugkörpers einzuleiten. So kann der Impuls, der infolge der vergrößerten Strahlung in dem Gesichtsfeld 12 erzeugt wird und von der Zelle 30 herrührt, dazu benutzt werden, einen die Explosion einleitenden Stromkreis einzustellen, welcher dann durch einen Impuls ausgelöst wird, der als Folge einer vergrößerten Strahlung in dem Gesichtsfeld 14 erzeugt wird und von der Zelle 44 herrührt, vorausgesetzt, daß keine unzulässige Verzögerung eingetreten ist. Dadurch wird eine falsche Explosionseinleitung vermieden, die auftreten könnte, wenn zufällig eine Infrarotstrahlungsquelle durch die Gesichtsfelder hindurchtritt, während der Flugkörper eine Wendung durchführt.

Das beschriebene optische System zur Zündung des Flugkörpers ist eine besonders kompakte Ausbildung zweier divergenter Strahlungssysteme, bei denen die Strahlen von Punkten herrühren, die dicht benachbart zueinander liegen. Das Fenster schützt die Ringlinse sowohl thermisch als auch gegenüber Beschädigungen bei der Handhabung.

Die genaue Form der Erzeugenden der Oberflächen der Linse und der Reflexionsoberflächen ist eine Sache der Wahl. Die äußere Oberfläche der Ringlinse kann z. B. durch einen Kreis oder durch zwei Kreise erzeugt werden, und die reflektierenden Oberflächenabschnitte können Teil eines Ellipsoids oder einer Kugel sein.

Es kann auch ein einzelner Reflektor und eine einzelne Zelle benutzt werden, wenn nur ein einzelnes Gesichtsfeld erforderlich ist.

Das Gesichtsfeld erstreckt sich bei dem beschriebenen System über 360° rund um den Flugkörper. Wenn z. B. aus baulichen Gründen das optische System auf einer Seite des Flugkörpers angeordnet werden muß, kann das Gesichtsfeld z.B. auf knapp über 180° begrenzt werden, indem das System im wesentlichen in der Mitte längs der Achse 20 geschnitten wird. In diesem Falle werden zwei oder mehrere optische Systeme benutzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Optischer Geschoßzünder mit einer strahlungsempfindlichen Zelle, deren strahlungsempfindliche Oberfläche von der Achse des Geschosses im wesentlichen senkrecht durchsetzt wird, und mit — die etwa senkrecht zur Geschoßachse einfallende Strahlung — fokussierenden und reflektierenden optischen Mitteln, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise eine Ringlinse (24) als fokussierendes optisches Mittel verwendet ist und daß ein als rofationssymmetrischer Körper ausgebildeter Ringreflektor (40; 54) innerhalb der Ringlinse (24) angeordnet ist, dessen innere reflektierende Oberfläche (42; 56) in Achsnähe symmetrisch zur Achse (20) liegt und ein Bündel der von der Ringlinse (24) gebündelten Strahlung noch mehr in Achsrichtung lenkend auf die Oberfläche der strahlungsempfindlichen Zelle (30; 44) hin richtet.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche (42; 56) des Ringreflektors (40; 54) Abschnitt eines Ellipsoiden ist und daß der eine Brennpunkt des Ringreflektors in der Oberfläche der strahlungsempfindlichen Zelle (30; 44) und der andere Brennpunkt (26; 28) so angeordnet ist, daß in ihm das Strahlungsbündel von der Ringlinse (24) her fokussiert wird.

3. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche des Ringreflektors sphärisch ausgebildet ist.

4. Zünder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer gemeinsamen Ringlinse (24) zwei Ringreflektoren (40 und 54) zugeordnet sind, die mit je einer strahlungsempfindlichen Zelle (30, 44) zusammenwirken, und daß die beiden optischen Teilsysteme aus Ringreflektor und Photozelle bestehend im wesentlichen symmetrisch zu einer Ebene (62) sind, welche senkrecht zur Achse (20) des Geschosses liegt.

5. Zünder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsbegrenzungsschirme (52, 60; 38, 60) vorgesehen sind, um die Breite der beiden Lichtbündel (12; 14) zu begrenzen.

6. Zünder nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei welchem die Ringlinse durch Drehung um die Linsenachse entstanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Linse eine hyperbolische Erzeugende hat.

7. Zünder nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei so welchem die Ringlinse durch Drehung um die Linsenachse entstanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Linse eine kreisbogenförmige Erzeugende hat.

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