EP0412411B1

EP0412411B1 - Kreiselstabilisierter Sucher

Info

Publication number: EP0412411B1
Application number: EP90114678A
Authority: EP
Inventors: Eric Wagner; Peter Giesenberg; Rainer Flickinger
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: DE59010355D1; DE3938705A1; DE3938705C2; EP0412411A3; EP0412411A2; US5077465A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen kreiselstabilisierten Sucher enthaltend

(a) einen Rotor, der um einen Mittelpunk allseitig schwenkbar gelagert ist und um eine durch den Mittelpunkt gehende, rotorfeste Umlaufachse antreibbar ist,
(b) ein abbildendes optisches System auf dem Rotor, durch welches ein Gesichtsfeld in einer zu der Umlaufachse des Rotors senkrechten Ebene abbildbar ist,
(c) ein strukturfestes Kühlergehäuse, an welchem die Detektormittel angeordnet sind,
(d) Detektormittel, auf welchen das Gesichtsfeld durch das optische System abbildbar ist, zur Erzeugung von Zielsignalen,
(e) die relativ zu dem strukturfesten Kühlergehäuse allseitig um den Mittelpunkt schwenkbar angeordnet sind und
(f) durch Kopplungsmittel mit ihrer Ebene stets senkrecht zu der Umlaufachse des Rotors ausrichtbar sind,
(g) Mittel zur Erzeugung von Ausrichtsignalen aus den Zielsignalen,
(h) Mittel zum Kühlen der Detektormittel, und
(i) Ausrichtmittel, die von den Ausrichtsignalen beaufschlagt sind, zum Ausrichten der Umlaufachse des Rotors auf ein Ziel.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Kreiselstabilisierte Sucher mit einem auf einem Rotor angeordneten, abbildenden optischen System, das ein Gesichtsfeld in der Ebene eines Detektors abbildet, sind vielfältig bekannt. Der Rotor entkoppelt das optische System von den Bewegungen der Struktur, z.B. eines zielsuchenden Flugkörpers. Dabei ist der Detektor in der Regel von einem einzigen Detektorelement gebildet. Dieser Detektor sitzt zur Erhöhung der Empfindlichkeit in einem Dewar-Gefäß und wird durch einen Joule-Thomson-Kühler gekühlt.
Die Anordnung des Detektors in einem Joule-Thomson-Kühler bedingt, daß der Detektor strukturfest ist, also z.B. an der Struktur eines von dem Sucher gesteuerten Flugkörpers angebracht ist. Es ist konstruktiv nicht möglich, das Dewar-Gefäß mit dem Joule-Thomson-Kühler auf dem Rotor anzuordnen.
Der Detektor liefert Zielsignale, die entsprechend verarbeitet, als Ausrichtsignale eine Ausrichtung des Rotors mit seiner Umlaufachse auf ein Ziel bewirken. Durch diese Ausrichtung des Rotors auf das Ziel tritt ein "Schielwinkel" auf, also ein Winkel zwischen der Umlaufachse des Rotors und einer strukturfesten Referenzachse, z.B. der Längsachse eines Flugkörpers.
Zum Auffassen und Erkennen eines Ziels ist eine Bildverarbeitung erforderlich. Dazu muß das beobachtete Gesichtsfeld in Bildelemente (Pixel) zerlegt werden. Mit einem einzigen Detektorelement erfordert das eine Bildabtastung: Das Bild des erfaßten Gesichtsfeldes muß relativ zu dem feststehenden Detektorelement bewegt werden. Das geschieht in der Regel mittels einer "Rosettenabtastung", welche durch Überlagerung zweier kreisender Bewegungen erfolgt. Bei einer solchen Rosettenabtastung werden praktisch alle Punkte des erfaßten Gesichtsfeldes wenigstens einmal während jedes Zyklus von dem Detektorelement erfaßt. Eine der kreisenden Bewegungen zur Erzeugung einer Rosettenabtastung wird dabei im allgemeinen von dem Umlauf des Rotors abgeleitet.
Die Erzeugung einer rosettenförmigen Abtastbahn erfordert einen aufwendigen Mechanismus. Außerdem ist die Abtastung relativ langsam.
Beispiele für kreiselstabilisierte Sucher mit Rosettenabtastung sind die US-A-4 009 393, die US-A-4 030 807, die US-A-4 039 246, die US-A-4 413 177, die US-A-4 427 878,die EP-A-79 684, die DE-C-34 38 544 und die DE-A-35 19 786.
Die optischen Systeme sind dabei in der Regel nach Art eines Cassegrain-Systems aufgebaut. Sie enthalten einen dem Gesichtsfeld zugewandten, ringförmigen Hohlspiegel als Primärspiegel und einen dem Detektor zugewandten Planspiegel als Sekundärspiegel sowie im allgemeinen zusätzliche brechende optische Glieder. Der Primärspiegel bildet dabei die wesentliche Schwungmasse des Rotors.
Es sind lineare oder zweidimensionale Anordnungen von Detektorelementen bekannt, durch welche ein darauf erzeugtes Bild in Bildelemente zerlegbar ist. Solche Detektoranordnungen sind bekanntermaßen auf Chips angeordnet.
Bei der Verwendung solcher nicht nahezu punktförmigen Detektoren in einem Sucher der vorliegenden Art ergeben sich nun optische Probleme. Der Detektor in dem Dewar-Gefäß ist notwendig strukturfest. Das optische System und damit auch die Bildebene, in welcher das Bild des Gesichtsfeldes und des Ziels erzeugt wird, werden aber bei der Ausrichtung auf das Ziel relativ zu der Struktur verschwenkt. Das spielt keine Rolle, wenn der Detektor ein einziges, nahezu punktförmiges Detektorelement in einem Mittelpunkt enthält und die Schwenkung des Rotors um diesen Mittelpunkt erfolgt. Wenn aber der Detektor eine lineare oder zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen ist, dann wird bei Auftreten eines Schielwinkels die Bildebene gegenüber der strukturfesten Ebene der Detektorelemente verschwenkt. Es erfolgt dann noch eine scharfe Abbildung auf einem in dem Mittelpunkt liegenden Detektorelement. Auf den anderen Detektorelementen wird jedoch das Gesichtsfeld nur unscharf abgebildet. Diese Detektorelemente liegen nicht in der Bildebene des optischen Systems.
Die EP-A-0 100 124 beschreibt einen optischen Sucher mit einem über eine Kardananordnung allseitig verschwenkbar an einer Struktur gelagerten optischen System, das auf einem Kreiselrotor angeordnet und auf ein Ziel ausrichtbar ist.
Eine Detektoranordnung ist strukturfest angeordnet. Ein in der Bildebene des verschwenkbaren optischen Systems erzeugtes Gesichtsfeldbild wird durch flexible optische Fasern auf strukturfeste Detektoranordnung übertragen.
Die DE-A3 435 634 beschreibt eine Zielerfassungseinrichtung für Flugkörper mit einem hinter einer Optik um eine Flugkörper-Längsachse rotierenden Detektorelement und einem Zoom-Objektiv.
Die EP-A-0 012 564 beschreibt eine Vorrichtung zur Benutzung in einem kreiselstabilisierten Sucher. Hier wird auf den Innenrahmen ein Peltier-Kühlelement aufgebracht, das die Detektor-Zelle kühlt und die Wärme an das Metallteil abgibt. Von hier wird es über einen Schlitz auch bei sich bewegendem Innenrahmen an ein strukturfest angeordnetes Gehäuse weitergeleitet, das durch einen Joule-Thomson-Kühler gekühlt wird.
Bei der US-A-3 372 556 erfolgt eine Kühlung des Detektors in einem kreiselstabilisierten Sucher durch den Joule-Thomson-Kühler nur im verriegelten Zustand des Suchkopfes, d.h. im Flug wird eine Kühlung nur durch Restmengen von flüssigem oder gasförmigen Kühlmittel in der Kammer erreicht.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kreiselstabilisierten Sucher mit einem in einem Kühlgehäuse angeordneten, gekühlten Detektor zu schaffen, der eine lineare oder zweidimensionale Anordnung aufweist.
Der Erfindung liegt dabei speziell die Aufgabe zugrunde, bei einem kreiselstabilisierten Sucher der vorgenannten Art sicherzustellen, daß auch bei Auftreten eines Schielwinkels, also einer Verschwenkung des Rotors mit dem abbildenden optischen System, das Gesichtsfeld scharf auf alle Detektorelemente abgebildet wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

(j) das Kühlergehäuse einen zylindrischen Mantelteil aufweist, der an seinem dem Rotor zugewandten Ende eine sphärische Lagerfläche bildet
(k) auf der Lagerfläche des Mantelteils ein Hohlkörper gelagert ist, der eine zu der Lagerfläche komplementäre sphärische Mantelfläche um eine Hohlkörperachse aufweist und auf der dem Rotor (32) zugewandten Seite durch ein zu der Hohlkörperachse senkrechtes strahlungsdurchlässiges Fenster abgeschlossen ist, während auf der dem Inneren des Kühlergehäusess zugewandten Seite ein ringförmiger Wandlungsteil gebildet ist, dessen zentrale Öffnung durch die ebenfalls zur Hohlkörperachse senkrechten Detektormittel abgeschlossen ist
(l) der Hohlkörper über mechanische Ausrichtglieder und ein Lager mit dem Rotor gekoppelt ist, derart, daß sich der Hohlkörper mit seiner Hohlkörperachse nach der Umlaufachse des Rotors ausrichtet.

Nach der Erfindung bleibt zwar das Kühlergehäuse strukturfest, es erfolgt aber eine Verschwenkung der Detektormittel, also z.B. einer zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen auf den Chip, derart, daß die Ebene der Detektormittel stets senkrecht zu der Umlaufachse des Rotors liegt und so mit allen Detektorelementen in der Bildebene des abbildenden optischen Systems liegt.
Das kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden.
Das Kühlergehäuse kann einen zylindrischen Mantelteil aufweisen, der an seinem dem Rotor zugewandten Ende eine konkav-sphärische Lagerfläche bildet. Dann kann in der Lagerfläche des Mantelteils ein Hohlkörper gelagert sein, der eine konvex-sphärische Mantelfläche um eine Hohlkörperachse aufweist und auf der dem Rotor zugewandten Seite durch ein zu der Hohlkörperachse senkrechtes strahlungsdurchlässiges Fenster abgeschlossen ist. Auf der dem Inneren des Kühlergehäuses zugewandten Seite kann dann ein ringförmiger Wandungsteil gebildet sein, dessen zentrale öffnung durch die ebenfalls zur Hohlkörperachse senkrechten Detektormittel abgeschlossen ist. Der Hohlkörper ist über mechanische Ausrichtglieder und ein Lager mit dem Rotor gekoppelt, derart, daß sich der Hohlkörper mit seiner Hohlkörperachse nach der Umlaufachse des Rotors ausrichtet.
Eine Möglichkeit ist dabei, daß der Rotor um die Umlaufachse drehbar mittels des Lagers auf einem gegenüber der Struktur allseitig verschwenkbar gelagerten, nicht rotierenden Lagerteil gelagert ist, und der Hohlkörper mit dem nicht rotierenden Lagerteil über die Ausrichtglieder verbunden ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Ausrichtglieder einerseits an dem Hohlkörper angebracht und andererseits über Lager unmittelbar an dem umlaufenden Rotor gelagert sind.
Eine weitere Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Detektormittel in dem Kühlergehäuse um den Mittelpunkt allseitig verschwenkbar gelagert und berührungslose Ausrichtmittel vergesehen sind, durch welche die Detektormittel zur Umlaufachse des Rotors ausrichtbar sind. Die berührungslosen Ausrichtmittel umfassen zweckmäßigerweise magnetische Mittel. Eine konstruktive Lösung dieser Art besteht darin, daß die berührungslosen Ausrichtmittel ein Paar von gekreuzten Dauermagneten an den Detektormitteln und einen mit der Umlaufachse des Rotors verschwenkbaren Ring aus einem Material hoher Permeabilität enthalten, dessen Quermittelebene den Mittelpunkt enthält.
Die Detektormittel können von einem Detektorchip gebildet sein. Der Detektorchip kann eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen aufweisen. Der Detektorchip kann aber auch eine lineare Anordnung von Detektorelementen enthalten. In diesem Fall enthält das abbildende optische System bilddrehende Mittel, welche mit dem Rotor umlaufen.
Zur Erzielung eines größeren Schielwinkels kann in dem Kühlergehäuse strukturfest eine konvex-sphärische Lagerfläche angebracht sein und können die Detektormittel an einem beweglichen Träger sitzen, der auf der konvex-sphärischen Lagerfläche allseitig schwenkbar gelagert ist.
Um eine Anpassung der Detektormittel an die Lage der Rotorachse auch bei starken Temperaturschwankungen zu ermöglichen, ohne daß Störmomente an dem Rotor auftreten, kann die konvex-sphärische Lagerfläche über federnde, eine Ausrichtung des Mittelpunktes der Lagerfläche zu dem Mittelpunkt der Rotorlagerung gestattende Verbindungsmittel mit dem Kühlergehäuse verbunden sein.
Auf diese Weise kann sich die konvex-sphärische Lagerfläche an die konkav-sphärische Lagerfläche des Rotors anpassen, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Rotorlagerung zusammenfällt. Die konvex-sphärische Lagerfläche wird federnd in diese konkav-sphärische Lagerfälche gedrückt.
Vorteilhafterweise ist an dem gesichtsfeldseitigen Ende des Mantels ein zylindrischer Führungsstutzen vorgesehen und die konvex-sphärische Lagerfläche an einem Lagerkörper gebildet, der mit einer Bohrung mit seitlichem Spiel auf dem Führungsstutzen geführt ist.
Eine solche Konstruktion gestattet eine Ausgleichsbewegung des Lagerkörpers in radialer Richtung. Außerdem bildet der Spalt zwischen Führungsstutzen und Lagerkörper eine Wärmeisolierung. Die Kühlleistung der Kühlmittel wird dadurch auf die Detektormittel konzentriert. Es fließt weniger Wärme von dem Rotor zu, so daß eine hinreichend schnelle Abkühlung der Detektormittel gewährleistet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Lagerkörper mit dem Mantel über einen eine Axialbewegung gestattenden Federbalg verbunden ist.
Ein solcher Federbalg gestattet einmal eine Axialbewegung des Lagerkörpers. Das Innere des Federbalgs steht aber auch über den Spalt zwischen Führungsstutzen und Lagerkörper mit dem Raum zwischen Austrittsdüse z. B. eines Joule-Thomson-Kühlers, und Detektormitteln in Verbindung. In diesem Raum können hohe Drücke bis zu einigen bar auftreten. Das aus der Austrittsdüse austretende Gas soll durch die Bohrung des Führungsstutzens und das Innere des wärmeisolierenden Mantels über die Druckgaszufuhrleitung strömen und das zugeführte Druckgas vorkühlen. Die Lagerflächen sollten daher dicht aneinander anliegen. über den Federbalg erfolgt eine druckabhängige Andrückung der konvex-sphärischen Lagerfläche des Lagerkörpers an die konkav-sphärische Lagerfläche.
Eine vorteilhafte Konstruktion besteht weiter darin, daß der Mantel an seiner Stirnfläche durch eine den Führungsstutzen tragende Ringscheibe abgeschlossen ist und der Federbalg die Ringscheibe mit dem Lagerkörper verbindet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig.1: zeigt einen schematischen Längsschnitt eines Suchers, bei welchem sich ein Detektorchip nach der Umlaufachse eines Rotors und damit nach der optischen Achse eines durch den Rotor kreiselstabilisierten, auf ein Ziel ausgerichteten, abbildenden optischen Systems ausrichtet.
Fig.2: zeigt ein Detail einer abgewandelten Ausführung, bei welcher der Detektorchip unmittelbar durch den umlaufenden Rotor mechanisch ausgerichtet wird.
Fig.3: zeigt eine weitere Ausführung, bei welcher der Detektorchip durch magnetische Kräfte ausgerichtet wird.
Fig.4: zeigt einen abgebrochenen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Suchers mit ausrichtbaren Detektormitteln.
Fig.5: zeigt in einem abgebrochenen Längsschnitt eine Abwandlung des Suchers von Fig. 4.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

In Fig.1 ist mit 10 die Struktur eines Flugkörpers bezeichnet, der durch einen Sucher zu einem Ziel geführt werden soll. Die Struktur weist einen rohrförmigen Teil 12 mit einem ring- und schalenförmigen Ende 14 auf.In dem Ende 14 ist ein Kardanring um eine erste Kardanachse gelagert, in welchem wiederum ein Lagerkörper 16 um eine zu der ersten Achse senkrechte zweite Achse schwenkbar gelagert ist. Der Lagerkörper 16 ist so um einen Mittelpunkt 20 in bekannter Weise allseitig schwenkbar gelagert. Der Einfachheit der Darstellung halber ist in Fig.1 der Lagerkörper 16 als unmittelbar in dem Ende 14 gelagert dargestellt. Der Lagerkörper 16 ist ein Hohlkörper, der zu einer Achse 18 im wesentlichen rotationssymmetrisch ist. Der Lagerkörper 16 weist einen zylindrischen Abschnitt 22 auf, in welchem er kardanisch in dem Ende 14 gelagert ist. An den zylindrischen Abschnitt 22 schließt sich ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 24 an. An dem schmaleren Ende des kegelstumpfförmigen Abschnitts 24 sitzt ein wieder zylindrischer Abschnitt 26 von geringerem Durchmesser. In dem Abschnitt 26 sitzt eine Linse 28.
Auf dem Lagerkörper 16 ist über ein Kugellager 30 ein Rotor 32 drehbar gelagert. Der Rotor 32 läuft um eine Umlaufachse 34 um. Die Umlaufachse 34 fällt mit der Achse 18 des Lagerteils 16 zusammen.
Der Rotor 32 weist eine kegelstumpfförmigen, hohlen Mittelteil 34 auf. Der kegelstumpfförmige Mittelteil 34 ist an seinem schmaleren Ende über das Kugellager 30 auf dem Lagerteil 16 gelagert und umgibt den Lagerteil 16 und das ring- und schalenförmige Ende 14. An dem weiteren Ende trägt der Mittelteil einen ringförmigen Hohlspiegel 36. Der Hohlspiegel 36 bildet zugleich die wesentliche Schwungmasse des Rotors 32. Auf dem engeren Ende des Mittelteils 34 ist über Stege 38 ein Planspiegel 40 abgestützt. Die spiegelnde Fläche des Hohlspiegels 36 ist dem zu erfassenden Gesichtsfeld zugewandt. Die spiegelnde Fläche des Planspiegels 40 ist dem Gesichtsfeld ab- und dem Inneren des Lagerteils zugewandt.
Der Strahlengang des optischen Systems verläuft von dem praktisch im Unendlichen liegenden Gesichtsfeld über den Hohlspiegel 36. Von dem Hohlspiegel 36 werden die Strahlen, wie dargestellt, auf den Planspiegel 40 geleitet und durch die Linse 28 hindurch in einer durch den Mittelpunkt 20 gehenden, zu der Umlaufachse 34 senkrechten Ebene 42 gesammelt. In der Ebene 42 entsteht ein reelles Bild des erfaßten Gesichtsfeldes.
Der Rotor 32 ist in bekannter Weise magnetisiert und wird über Antriebsspulen angetrieben. Weiterhin sind Präzessionsspulen vorgesehen, durch welche auf den Rotor Drehmomente aufgebracht werden können, die eine Präzession des Rotors 32 auf ein Ziel hin bewirken. Das ist bekannte Technik und hier nicht im einzelnen beschrieben. Die Spulen sind in Fig.1 generell mit 44 bezeichnet.
In dem rohrförmigen Teil 12 sitzt ein Kühlergehäuses 46 in Form eines Dewar-Gefäßes. Das Dewar-Gefäß weist einen doppelwandigen, zylindrischen Mantel 48 auf. An seinem dem Rotor zugewandten Ende bildet der Mantel 48 eine konkav-sphärische, ringförmige Lagerfläche 50. Das ist in Fig.2 am deutlichsten zu erkennen, die insoweit mit Fig.1 übereinstimmt. Die Lagerfläche ist um den Mittelpunkt 20 gekrümmt. In der Lagerfläche 50 ist ein Hohlkörper 52 gelagert. Der Hohlkörper 52 weist einen konvex-sphärischen Mantel 54 rotationssymmetrisch zu einer Achse 56 (Fig. 2) auf. Auf der dem Spiegel 40 zugewandten Seite ist der Hohlkörper 52 durch ein strahlungsdurchlässiges Fenster 58 abgeschlossen. Auf der gegenüberliegenden Seite bildet der Hohlkörper einen kegelstumpfförmigen Wandungsteil 60. Die enge Öffnung dieses kegelstumpfförmigen Wandungsteils 60 ist durch einen Detektorchip 62 abgeschlossen. Die Oberfläche des Detektorchips 62 mit den Detektorelementen liegt in einer den Mittelpunkt 20 enthaltenden Ebene. Der Detektorchip 62 weist eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen auf. Der Hohlkörper 52 ist mit dem Lagerkörper 16 unmittelbar mechanisch über Stege 64 verbunden.
Der Hohlkörper besteht aus Keramik und ist mit einer Füllung von trockenem Stickstoff versehen. Er bildet somit praktisch die Stirnseite des Kühlergehäuses 46.
Wenn der Rotor 32 gegenüber der Struktur 10 aus der dargestellten Lage verschwenkt wird, um die Umlaufachse 34 und damit die optische Achse des abbildenden, optischen Systems auf ein Ziel auszurichten, dann wird mit dem Rotor 32 über das Kugellager 30 auch der Lagerkörper 16 verschwenkt. über die Stege 64 wird dabei gleichzeitig der Hohlkörper 52 in der Lagerfläche 50 des Mantels 48 des Kühlergehäuses 46 verdreht. Die Oberfläche des Detektorchips 62 bleibt stets in der Ebene 42, in welcher ein scharfes Bild des Gesichtsfeldes erzeugt wird.
In dem Kühlergehäuse 46 ist ein Joule-Thomson-Kühler 66 (Fig.2) angeordnet, der in Fig.1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
Fig.2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine abgewandelte Ausführung eines Suchers mit Detektorchip 62 in einem Kühlergehäuse 46, bei welchem der Detektorchip mit der Umlaufachse 34 des Rotors 32 gegenüber dem Kühlergehäuse 46 verschwenkbar ist. Der Grundaufbau des Suchers ist der gleiche wie in Fig.1 und daher in Fig.2 nicht noch einmal dargestellt. Entsprechende Teile sind in Fig.1 und in Fig.2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der Ausführung nach Fig.2 ist der Hohlkörper 52 unmittelbar mit dem Rotor 32 über ein Verbindungsstück 68 und ein Kugellager 69 gekoppelt. Auch hier verschwenkt sich der Detektorchip 62 mit dem Rotor 32. Die Oberfläche des Detektorchips bleibt stets in der durch den Mittelpunkt gehenden Ebene 42.
Bei der Ausführung nach Fig.3 wird der Detektorchip 70 durch magnetische Kräfte nach der Umlaufachse 72 des Rotors ausgerichtet. Der Detektorchip 70 sitzt dabei innerhalb eines Kühlergehäuses 74. Der Detektorchip 70 ist durch eine kardanische Aufhängung allseitig um einen Mittelpunkt 76 schwenkbar gelagert. Zu diesem Zweck ist in dem Kühlergehäuse 74 ein Kardanring 78 mit Lagern 80 um eine durch den Mittelpunkt gehende, in Fig.3 waagerecht in der Papierebene verlaufende erste Achse schwenkbar gelagert. Der Detektorchip 70 ist seinerseits in dem Kardanring 78 um eine zweite Achse gelagert, welche ebenfalls durch den Mittelpunkt verläuft und zu der ersten Achse senkrecht ist. An dem Detektorchip 70 ist ein erster Stabmagnet 82 angebracht, der sich parallel zu der Ebene des Detektorchips 70 in der die erste Achse enthaltenden Längsebene erstreckt. Das ist die Papierebene von Fig. 3. Gekreuzt zu dem ersten Stabmagneten 82 ist ein zweiter Stabmagnet 84 angeordnet.
In einem rotorseitigen Teil 86 sitzt ein Ring 88 aus einem Material hoher Permeabilität, beispielsweise Weicheisen. Der rotorseitige Teil 86 kann ein Lagerkörper sein, ähnlich dem Lagerkörper 16 von Fig.1. Der rotorseitige Teil 86 kann aber auch der Rotor selbst sein, ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig.2. Die Quermittelebene des Ringes 88 enthält vorzugsweise ebenfalls den Mittelpunkt 76 und verläuft senkrecht zu der Umlaufachse 72 des Rotors und der optischen Achse des abbildenden, optischen Systems.
Durch die über die Stabmagnete 82 und 84 und den Ring 88 verlaufenden magnetischen Kraftlinien wird der Detektorchip 70 in der Quermittelebene des Ringes 88 gehalten. Der Detektorchip wird somit berührungslos einer Schwenkbewegung des Rotors nachgeführt. Auch hier bleibt die Oberfläche des Detektorchips 70 stets in der Bildebene des optischen Systems, in welcher das Gesichtsfeld scharf abgebildet wird.
Der Grundaufbau des Suchers ist bei der Ausführung nach Fig.3 wieder ähnlich dem von Fig.1.
Der Detektorchip kann, wie beschrieben, eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen enthalten. Dadurch werden die Bildpunkte des erfaßten Gesichtsfeldes parallel gemessen. Die Detektorelemente liefern bei Erfassen eines Zieles Zielsignale. Durch bildverarbeitende Mittel und Regelmittel werden aus den Zielsignalen in bekannter und daher nicht dargestellter Weise Ausrichtsignale erzeugt, welche den Sucher nach dem Ziel ausrichten. Außerdem werden Lenksignale erzeugt, welche den Flugkörper zu dem Ziel führen.
Stattdessen kann der Detektorchip auch eine lineare Anordnung von Detektorelementen aufweisen. Bei einer solchen linearen Anordnung tritt das gleiche Problem auf. In diesem Fall muß eine Abtastbewegung erzeugt werden. Diese Abtastbewegung kann durch bilddrehende Mittel erhalten werden. Solche bilddrehenden Mittel können darin bestehen, daß der Hohlspiegel 36 in Fig.1 etwas gegen die Umlaufachse geneigt ist. Es brauchen dabei auf jeden Fall nicht wie bei einer Rosettenabtastung zwei synchronisierte Abtastbewegungen mit unterschiedlichen Drehzahlen erzeugt zu werden.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Sucher, wobei die Schnittebene in der rechten Hälfte der Figur senkrecht zu der Schnittebene in der linken Hälfte liegt.
Mit 90 ist ein strukturfester, rohrförmiger Teil bezeichnet, der in eine kugelige Schale 92 ausläuft. In der Schale 92 ist ein Außenrahmen 94 einer kardanischem Lagerung mit Zapfen 96 über Kugellager 98 gelagert. In einer zur Ebene dieser Lager senkrechten Ebene, links in der Figur, ist in dem Außenrahmen 94 ein Innenrahmen 100 mit Zapfen 102 über Kugellager 104 gelagert. Der Innenrahmen 100 ist mit einem Rotorträger 106 verbunden, auf welchem ein Rotor 108 über Kugellager 110,112 drehbar gelagert ist. Der Rotor 108 trägt einen Hohlspiegel 116, der einen Teil des abbildenden optischen Systems bildet. Ein anderer Teil des abbildenden optischen Systems sitzt an dem Rotorträger 106. Der Rotorträger 106 und damit der Rotor 108 können um einen strukturfesten Mittelpunkt 118 allseitig verschwenkt werden. Der Mittelpunkt 118 ist der Schnittpunkt der Schwenkachsen der Kardanrahmen 94 und 100.
Innerhalb des strukturfesten, rohrförmigen Teils 90 und gleichachsig dazu sitzt der rohrförmige Mantel des Kühlergehäuses 120. Am rotorseitigen Endes des Mantels sitzt ein ringförmiger Körper 122. Der ringförmige Körper 122 weist eine konvex-sphärische Lagerfläche 124 auf. Zentral durch den ringförmigen Körper 122 verläuft eine Bohrung 126. Ein Träger 128 trägt Detektormittel 130. Die Detektormittel 130 sind von einer linearen oder zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen gebildet. Der Träger 128 besteht aus einer Trägerpatte 132, welche die Detektormittel 130 trägt, und welche mit einem eingezogenen Rand 134 auf der konvex-sphärischen Lagerfläche 124 des ringförmigen Körpers 122 gelagert ist. Der Rand 134 weist einen zylindrischen Abschnitt 136 und einen davon nach innen ragenden Abschnitt 138 auf. An dem Abschnitt 138 ist eine ringförmige, konkav-sphärische Lagerfläche 140 gebildet, mit welcher der Träger 128 auf der dazu komplementären, konvex-sphärischen Lagerfläche 124 gelagert ist. Der Träger 128 ist in dem Rotorträger 106 gehaltert und mit diesem um den Mittelpunkt 118 verschwenkbar.
Innerhalb des Kühlergehäuses 120 sitzt eine Rohrschlange 140 eines Joule-Thomson-Kühlers, die in einer Entspannungsdüse 142 endet. Die Entspannungsdüse 142 ragt zentral durch die Bohrung 126 und ist gegen die Detektormittel 130 gerichtet. Über die Rohrschlange 140 wird Druckgas zugeführt. Das Druckgas entsannt sich in der Entspannungsdüse 142 und kühlt sich dabei ab. Das abgekühlte Druckgas strömt über die Rohrschlange 140 und bewirkt dabei eine Vorkühlung des zuströmenden Druckgases. Es lassen sich auf diese Weise sehr tiefe Temperaturen erreichen. Mit diesen tiefen Temperaturen des ausströmenden und sich entspannenden Druckgases werden die Detektormittel 130 gekühlt.
Die beschriebene Konstruktion läßt einen größeren Schielwinkel zu als die Konstruktion nach Fig. 1.
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch die Detektoranordnung und den nicht umlaufenden Innenteil des Suchers, wobei der Sucher im übrigen ähnlich aufgebaut ist wie in Fig. 4.
Innerhalb eines (nicht dargestellten) strukturfesten, rohrförmigen Teils und gleichachsig dazu sitzt ein wärme-isolierendes, rohrförmiges Kühlergehäuse 120. Am rotorseitigen Endes des Kühlergehäuses 120 sitzt ein ringförmiger Lagerkörper 122. Der ringförmige Lagerkörper 122 weist eine konvex-sphärische Lagerfläche 124 auf. Zentral durch den ringförmigen Lagerkörper 122 verläuft eine Bohrung 126. Ein Träger 128 trägt Detektormittel 130. Die Detektormittel 130 sind von einer linearen oder zweidimensionalen Anordnung von Detektorelementen gebildet. Der Träger 128 besteht aus einer Trägerplatte 132, welche die Detektormittel 130 trägt und welche mit einem eingezogenen Rand 134 mit einer konkav-sphärischen Lagerfläche 140 auf der konvex-sphärischen Lagerfläche 124 des ringförmigen Lagerkörpers 122 gelagert ist. Der Träger 128 ist in dem Rotorträger 106 gehaltert und mit diesem um den Mittelpunkt 118 verschwenkbar.
Innerhalb des Kühlergehäuses 120 sitzt eine Rohrschlange 141 eines Joule-Thomson-Kühlers, die in einer Entspannungsdüse 142 endet. Die Entspannungsdüse 142 ragt zentral durch die Bohrung 126 und ist gegen die Detektormittel 130 gerichtet. Über die Rohrschlange 141 wird Druckgas zugeführt. Das Druckgas entsannt sich in der Entspannungsdüse 142 und kühlt sich dabei ab. Das abgekühlte Druckgas strömt über die Rohrschlange 141 und bewirkt dabei eine Vorkühlung des zuströmenden Druckgases. Es lassen sich auf diese Weise sehr tiefe Temperaturen erreichen. Mit diesen tiefen Temperaturen des ausströmenden und sich entspannenden Druckgases werden die Detektormittel 130 gekühlt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführung ist der ringförmige Lagerkörper 122 eine Kugel mit einer Bohrung 126. Der Lagerkörper 122 mit der Bohrung 126 sitzt mit Spiel auf einem Führungsstutzen 150. Dadurch ist zwischen dem Führungsstutzen 150 und der Innenwandung der Bohrung 126 ein Spalt 152 von einigen Zehntelmillimeter Dicke gebildet.
Das Kühlergehäuse 120 ist an seiner Stirnseite von einer Ringscheibe 154 abgeschlossen. Die Ringscheibe 154 trägt den Führungsstutzen 150, der an die Ringscheibe 154 angeformt ist. Die Bohrung 126 erstreckt sich durch die Ringscheibe 154 hindurch. Der Lagerkörper 122 ist mit der Ringscheibe 154 über einen Federbalg 156 verbunden. Bei der dargestellten Ausführung besteht der Federbalg aus zwei ringförmigen Tellerfedern 158 und 160, die längs ihrer inneren Ränder mit dem Lagerkörper 122 bzw. mit der Ringscheibe 160 und längs ihrer äußeren Ränder miteinander verbunden sind. Auf diese Weise steht der Raum innerhalb des Trägers 128, in welchem hohe Drücke auftreten können, über den Spalt 152 mit dem Inneren des Federbalgs 156 in Verbindung. Der Lagerkörper 122 wird dadurch mit einer druckproportionalen Kraft gegen die Lagerfläche 140 des Trägers 134 gedrückt. Es wird so eine sichere Abdichtung zwischen den Lagerflächen 124 und 135 gewährleistet. Das aus der Entspannungsdüse austretende Gas muß daher durch das Innere des Führungsstutzens 150 und des Kühlergehäuses 120 über die Rohrschlange 141 strömen. Die Rohrschlange 141 wird dadurch vorgekühlt.
Der Spalt 152 und der Federbalg 156 gestatten eine radiale und axiale Ausgleichsbewegung des Lagerkörpers 122, so daß sich der Mittelpunkt der Lagerfläche 124 zum Mittelpunkt 118 der Rotorlagerung, nämlich dem Schnittpunkt der Kardanachsen ausrichten kann.
Schließlich bewirkt der Spalt 152 eine Wärmeisolierung zwischen dem Träger 106 und dem Lagerkörper einerseits und dem Führungsstutzen und der Entspannungsdüse andererseits. Es fließt weniger Wärme von dem Lagerkörper zu dem in dem Führungsstutzen 150 zu den Detektormitteln geführten, entspannten und abgekühlten Gas. Dadurch wird eine schnellere Abkühlung der Detektormittel 130 erreicht.

Claims

Kreiselstabilisierter Sucher enthaltend
(a) einen Rotor (32), der um einen Mittelpunk (20) allseitig schwenkbar gelagert ist und um eine durch den Mittelpunkt (20) gehende, rotorfeste Umlaufachse (34) antreibbar ist,

(b) ein abbildendes optisches System (36,40,28) auf dem Rotor (32), durch welches ein Gesichtsfeld in einer zu der Umlaufachse (34) des Rotors (32) senkrechten Ebene (42) abbildbar ist,

(c) ein strukturfestes Kühlergehäuse (46), an welchem die Detektormittel (62) angeordnet sind,

(d) Detektormittel (62), auf welchen das Gesichtsfeld durch das optische System abbildbar ist, zur Erzeugung von Zielsignalen,

(e) die relativ zu dem strukturfesten Kühlergehäuse (46) allseitig um den Mittelpunkt (20) schwenkbar angeordnet sind und

(f) durch Kopplungsmittel (64) mit ihrer Ebene stets senkrecht zu der Umlaufachse (34) des Rotors (32) ausrichtbar sind,

(g) Mittel zur Erzeugung von Ausrichtsignalen aus den Zielsignalen,

(h) Mittel (66) zum Kühlen der Detektormittel (62), und

(i) Ausrichtmittel (44), die von den Ausrichtsignalen beaufschlagt sind, zum Ausrichten der Umlaufachse (34) des Rotors (32) auf ein Ziel,
dadurch gekennzeichnet, daß
(j) das Kühlergehäuse (46) einen zylindrischen Mantelteil (48) aufweist, der an seinem dem Rotor (32) zugewandten Ende eine sphärische Lagerfläche (50) bildet

(k) auf der Lagerfläche (50) des Mantelteils (48) ein Hohlkörper (52) gelagert ist, der eine zu der Lagerfläche (50) komplementäre sphärische Mantelfläche um eine Hohlkörperachse (56) aufweist und auf der dem Rotor (32) zugewandten Seite durch ein zu der Hohlkörperachse (56) senkrechtes strahlungsdurchlässiges Fenster (58) abgeschlossen ist, während auf der dem Inneren des Kühlergehäusess (46) zugewandten Seite ein ringförmiger Wandlungsteil (60) gebildet ist, dessen zentrale Öffnung durch die ebenfalls zur Hohlkörperachse (56) senkrechten Detektormittel (62) abgeschlossen ist

(l) der Hohlkörper (52) über mechanische Ausrichtglieder (64,16,68) und ein Lager (30,70) mit dem Rotor (32) gekoppelt ist, derart, daß sich der Hohlkörper (52) mit seiner Hohlkörperachse (56) nach der Umlaufachse (34) des Rotors (32) ausrichtet.
Kreiselstablilisierter Sucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Rotor (32) um die Umlaufachse (34) drehbar mittels des Lagers (30) auf einem gegenüber der Struktur (10) allseitig verschwenkbar gelagerten, nicht rotierenden Lagerteil (16) gelagert ist, und

(b) der Hohlkörper (52) mit dem nicht rotierenden Lagerteil (16) über die Ausrichtglieder (64) verbunden ist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtglieder (68) einerseits an dem Hohlkörper (52) angebracht und andererseits über Lager (69) unmittelbar an dem umlaufenden Rotor (32) gelagert sind.
Kreiselstablisierter Sucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die Detektormittel (70) in dem Kühlergehäuse (74) um den Mittelpunkt (76) allseitig verschwenkbar gelagert sind und

(b) berührungslose Ausrichtmittel (82,84,88) vorgesehen sind, durch welche die Detektormittel (70) zur Umlaufachse (72) des Rotors ausrichtbar sind.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslosen Ausrichtmittel magnetische Mittel umfassen.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslosen Ausrichtmittel ein Paar von gekreuzten Dauermagneten (82,84) an den Detektormitteln (70) und einen mit der Umlaufachse (72) des Rotors verschwenkbaren Ring (88) aus einem Material hoher Permeabilität enthalten.
Kreiselstabilisierter Sucher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel von einem Detektorchip (62) gebildet sind.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorchip (62) eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen aufweist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Detektorchip (62) eine lineare Anordnung von Detektorelementen enthält und

(b) das abbildende optische System bilddrehende Mittel enthält, welche mit dem Rotor umlaufen.
Kreiselstabilisierter Sucher, nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,daß
(a) an dem Kühlergehäuse (120) strukturfest eine konvex- sphärische Lagerfläche (124) angebracht ist und

(b) die Detektormittel (130) an einem beweglichen Träger (128) sitzen, der auf der konvex-sphärischen Lagerfläche (124) allseitig schwenkbar gelagert ist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die konvex-sphärische Lagerfläche (124) an einem ringförmigen Körper (122) vorgesehen ist,

(b) die Kühlmittel einen Joule-Thomson-Kühler enthalten mit einer Entspannungsdüse (142), welche durch eine zentrale Bohrung (126) des ringförmigen Körpers (122) hindurchragt, und

(c) der mit einem Rotorträger (106) verbundene Träger (128) der Detektormittel (130) eine Trägerplatte (132) bildet, auf welcher die Detektormittel (130) im Strahlbereich der Entspannungsdüse (142) angeordnet sind und welche mit einem eingezogenen Rand (134) auf der konvex-sphärischen Lagerfläche (124) gelagert ist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (134) der Trägerplatte (132) eine konkav-sphärische Lagerfäche (140) bildet.
Kreiselstabilisierter Sucher nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel (130) über eine flexible Leitungswendel, welche um das Kühlergehäuse (120) herumgelegt ist, mit nachgeschaltetetn Signalaufbereitungs- und Signalverarbeitungsmitteln verbunden ist.
Kreiselstabilisierter Sucher, nach Anspruch 10
dadurch gekennzeichnet, daß die konvex-shärische Lagerfläche (124) über federnde, eine Ausrichtung des Mittelpunktes der Lagerfläche (124) zu dem Mittelpunkt der Rotorlagerung gestattende Verbindungsmittel (156) mit dem Kühlergehäuse (120) verbunden ist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) an dem gesichtsfeldseitigen Ende des Kühlergehäuses ein zylindrischer Führungsstutzen (150) vorgesehen ist und

(b) die konvex-sphärische Lagerfläche (124) an einem Lagerkörper (122) gebildet ist, der mit einer Bohrung (126) mit seitlichem Spiel auf dem Führungsstutzen (150) geführt ist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (128) mit dem Kühlergehäuse (120) über einen eine Axialbewegung gestattenden Federbalg (156) verbunden ist.
Kreiselstabilisierter Sucher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) das Kühlergehäuse (120) an seiner Stirnfläche durch eine den Führungsstutzen (150) tragende Ringscheibe (154) abgeschlossen ist und

(b) der Federbalg (156) die Ringscheibe (154) mit dem Lagerkörper (122) verbindet.