EP3870927A1 - Strahlenwaffe und verfahren zur darstellung der lage eines treffpunkts der strahlenwaffe - Google Patents

Strahlenwaffe und verfahren zur darstellung der lage eines treffpunkts der strahlenwaffe

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EP3870927A1
EP3870927A1 EP19794537.1A EP19794537A EP3870927A1 EP 3870927 A1 EP3870927 A1 EP 3870927A1 EP 19794537 A EP19794537 A EP 19794537A EP 3870927 A1 EP3870927 A1 EP 3870927A1
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EP
European Patent Office
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weapon
radiation
optics
active
camera
Prior art date
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EP19794537.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3870927B1 (de
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Klaus Ludewigt
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Publication of EP3870927B1 publication Critical patent/EP3870927B1/de
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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
    • F41G3/165—Sighting devices adapted for indirect laying of fire using a TV-monitor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
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    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/32—Devices for testing or checking
    • F41G3/323—Devices for testing or checking for checking the angle between the muzzle axis of the gun and a reference axis, e.g. the axis of the associated sighting device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H13/00—Means of attack or defence not otherwise provided for
    • F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
    • F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H13/00—Means of attack or defence not otherwise provided for
    • F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
    • F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
    • F41H13/0062—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam causing structural damage to the target

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • Such a method and such a radiation weapon are known per se.
  • the known method relates to a beam weapon which has an active beam optics and an imaging optics.
  • the active beam optics are used to focus and align primary radiation from the beam weapon is emitted in the form of an active beam or an auxiliary beam. Radiation emanating from an object irradiated with the active beam or auxiliary beam is detected by the imaging optics and directed at a camera on a screen that has a target point marking.
  • the imaging optics is an example of a target optic that is used for the optical representation of a target area.
  • Another example of such target optics is a
  • the target point of the weapon is usually marked by a crosshair in the optics of the telescopic sight or on a screen of the camera.
  • the target point marked as a crosshair indicates a target meeting point located in the target area when the target area is viewed through the telescopic sight or the target area shown on a screen.
  • the procedure for displaying an actual meeting point is also called
  • the weapon When carrying out a shot, the weapon is first aligned so that the crosshair of the
  • Target optics or the target point, matches the target meeting point. Then the shot is released. The
  • Accuracy of the weapon depends on how well the crosshair, or the target meeting point / target point, matches the actual target point of the weapon that was hit during a shot.
  • a good correspondence between the target point and the actual meeting point is of great importance, especially for radiation weapons, since radiation weapons generally have a very high level of precision.
  • this precision can only be used if the crosshairs of the target optics or the target point correspond to the precision of the beam weapon
  • An adjustment of the imaging optics that leads to the desired match requires a determination of the actual meeting point.
  • Such an actual meeting point is, for example, when a weapon is first assembled, after parts of the weapon have been replaced, or after the body has been misaligned due to environmental influences such as temperature and pressure fluctuations, vibrations, shock waves, etc.
  • the position of the actual meeting point is determined relative to the target meeting point with the aid of sharp shots of the weapon at a test target, on which the actual meeting point is represented, for example, as a bullet hole.
  • the resulting bullet is then sighted with the target optics of the weapon and the crosshairs of the
  • the aiming optics are set to the actual meeting point, which presents itself as a bullet hole, with the weapon still facing the same way. This procedure is used to increase the
  • Target distances can be a repetition of this procedure
  • High-power laser beam which is aimed at a test target and e.g. a branding in the material of the
  • Radiation weapon e.g. the cross point of a crosshair of an imaging optics
  • Radiation weapon is adjusted with the weapon orientation unchanged so that the target point at the
  • Radiation weapon triggered as active beam or auxiliary beam Radiation weapon triggered as active beam or auxiliary beam.
  • Object emits radiation which is used in the following
  • radiation Differentiation from the output radiation referred to as primary radiation of the radiation weapon is only referred to as radiation.
  • This radiation is, for example, a wide spectrum of visible light and / or
  • Irradiation is emitted with the primary radiation, but can also be reflected daylight, for example.
  • This radiation is captured by the imaging optics and directed at a camera on a screen.
  • the Burn-in point is shown on the screen as the actual meeting point.
  • the screen has one
  • Target point marking in the form of a crosshair so that the location of the meeting point is relative to the
  • Target mark is legible.
  • the method may be used in the area of application of the weapon. is not feasible if it is not a restricted area. Then e.g. after a
  • the object of the present invention is to provide a method and one
  • Auxiliary beam is captured by the imaging optics and aimed at a spot on the camera. This spot is shown on the screen as the determined actual meeting point.
  • the characterizing features of claim 2 correspond to these process features
  • Device features of the radiation weapon.
  • the housing When the method is carried out, the housing is closed in a light-tight manner. This ensures that no laser radiation can escape when the method is carried out, so that no safety measures are necessary.
  • the invention allows a determination and representation of the target point of the beam weapon without this
  • the determination and Representation of the target point can be carried out at any time with high accuracy, little time and without safety precautions relating to the environment of the radiation weapon, such as barriers, for example. Another advantage is that the target point of the beam weapon can be determined and displayed even when the beam weapon is in motion
  • a preferred embodiment of the beam weapon is characterized in that it has a primary radiation source and at least one radiation-guiding solid body having a first end and a second end, and a wavelength or beam splitter which has a
  • Active beam optics the first end being arranged relative to the primary radiation source such that primary radiation emitted by the primary radiation source can be coupled into the solid body via the first end and can be coupled out of the solid body via the second end, and that the wavelength or beam splitter in a beam path of the decouplable primary radiation is arranged such that it can be illuminated with the decouplable primary radiation.
  • the method also works without any such solid when the laser beam is introduced into the optics as a free beam (adjustment to the optical axis of the optics). As a rule, the laser beam is then emitted as a collimated beam parallel light coupled into the optics. Coupling a divergent beam is also conceivable. Coupling in as a free jet has advantages at very high powers, since the powers that can be transmitted with fibers known today are capped.
  • optical elements that lie between the wavelengths or beam splitter and the active beam outlet opening of the beam weapon.
  • optical elements have a common optical axis.
  • the common optical elements ensure that the target plane is sharp on the camera and the screen
  • Another preferred embodiment of the beam weapon is characterized in that the further common optical elements include at least a first telescope optic and a second telescope optic.
  • the optical auxiliary element is a flat mirror, which is arranged perpendicular to the optical axis.
  • Auxiliary element has a retroreflector that does so is set up, incident primary radiation as reflected and in directions of the incident
  • a further preferred embodiment of the beam weapon is characterized in that the active beam optics and the imaging optics have, as a further common component, a deflection mirror which is arranged and aligned in such a way that it is incident primary radiation from the wavelength or beam splitter in the direction of
  • Active beam exit opening is reflected and reflected radiation from the direction of the optical auxiliary element is reflected to the wavelength or beam splitter.
  • the wavelength or beam splitter directs at least part of the reflected radiation incident from the deflection mirror onto at least one camera of the imaging optics.
  • the imaging optics have a first camera and a second camera and a second
  • Has wavelength or beam splitter the incident from the first wavelength or beam splitter
  • a single camera is sufficient to carry out the method. As a rule, this will be a so-called fine tracking camera.
  • the images of this camera are evaluated by software with regard to the target position for the beam position (crosshair), the position is calculated, and a control signal for the deflecting mirror is output.
  • a second (or further) camera (s) can be used independently of the first camera.
  • the method then delivers the target point (crosshair) for this camera at the same time as the first camera.
  • the second camera uses a different wavelength so that the optical paths in the optics are separated by a wavelength splitter mirror.
  • the software evaluation does not allow the images to be used by the observer
  • the second camera can be used
  • the second wavelength may provide better images than others
  • a second camera can have a higher resolution, optics with higher magnification for better resolution or with lower magnification for a larger image field.
  • Deflecting mirror is manually or automatically adjustable.
  • an optical element (lens or spherical mirror) between the wavelength or Beam splitter and a deflecting mirror is arranged and that another optical element (lens or spherical mirror) between the deflecting mirror and the second
  • Wavelength or beam splitter is arranged and that a second deflecting mirror between the second
  • Wavelength or beam splitter and the first camera is arranged.
  • imaging optics and the active beam optics are arranged in a housing which permits radiation to exit the housing and radiation to enter the housing
  • Active beam outlet opening is attachable.
  • a further preferred embodiment of the beam weapon is characterized in that the optical auxiliary element is fastened captively and can be folded away by means of a joint, the optical auxiliary element being in a first
  • Folding position leaves the active beam outlet opening and in a second folding position
  • the active beam outlet opening closes.
  • Figure 1 is a simplified representation of a radiation weapon as a technical environment of the invention with outgoing radiation;
  • FIG 2 shows the beam weapon from Figure 1 with more detail
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 4 shows a flow chart as an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • Figure 5 shows another embodiment of a
  • Figure 1 shows a simplified
  • the beam weapon 10 has a primary radiation source 12 and at least one having a first end 14 and a second end 16 radiation-conducting solid 18 and a first
  • Wavelength or beam splitter 20 The
  • Primary radiation source 12 preferably has one or more lasers.
  • the radiation-conducting solid 18 is, for example, a glass fiber or a glass fiber bundle.
  • the beam weapon 10 has an active beam optics 22 and an imaging optics 24 and is set up to represent the position of a meeting point 26 of the beam weapon 10.
  • the active beam optics 22 is set up to radiate primary radiation of the active beam 28 or auxiliary beam
  • Focus and align the beam weapon 10 in a target plane 30 takes place, for example, by means of a movable deflecting mirror 32.
  • the imaging optics 24 are set up to detect radiation emanating from an object irradiated with the active beam 28 or the auxiliary beam and to point it at a camera 34 of a screen 38 having a target point marking 36.
  • the beam weapon 10 has a screen 38. A is preferred
  • enlarged, high-resolution image 40 of the meeting point 26 is generated on the camera 34 and the screen 38.
  • Imaging optics 24 have in addition to the camera 34 and the
  • the first wavelength or beam splitter 20 is a common component of the imaging optics 24 and the active beam optics 22.
  • the wavelength or beam splitter 20 is based, for example, on an inversion of a wavelength coupling.
  • Reverse wavelength couplers are known.
  • Known wavelength splitters have a special mirror layer that has been evaporated onto a glass substrate. This layer reflects light with wavelengths from a certain wavelength range and transmits light with wavelengths from another wavelength range. Such mirrors are known to the person skilled in the art and are commercial
  • the wavelength or beam splitter 20 reflects the wavelength of the active laser and transmits the wavelength of the illumination laser (auxiliary laser).
  • the illumination laser is an independent laser that is also moved so that it illuminates the target area with the target over a large area (like a spotlight). Alternatively, you can work without an illumination laser and at any wavelength for the camera image if there is enough daylight.
  • the camera could also be a thermal camera and one works with heat radiation in the near or far infrared.
  • the camera image in a wavelength range in which the active laser wavelength is also located.
  • the element 20 is then not a wavelength splitter but a beam splitter. This means that the element 20 reflects very light (99%) (namely the laser) and only lets a small part (1%) through to the camera.
  • wavelength splitters operating according to other principles can also be used.
  • the first end 14 of the radiation-conducting solid 18 is arranged relative to the primary radiation source 12 in such a way that the primary radiation source 12 emits
  • Primary radiation can be coupled into the solid 18 via the first end 14, and the second end 16 is arranged relative to the first wavelength or beam splitter 20 such that primary radiation propagating in the solid 18 can be coupled out of the solid 18 via the second end 16 and that the first wavelength or beam splitter 20 can be illuminated with the primary radiation that can be coupled out.
  • the collimation optics 42 is an optical element of the active beam optics 22, which is not also for
  • Imaging optics 24 belongs.
  • the imaging optics 24 and the active beam optics 22 are arranged in a housing 50.
  • the housing 50 has an active beam outlet opening 44, which allows radiation to exit from the housing 50 and to enter
  • the active beam optics 22 and the imaging optics 24 have further common optical elements on, which lie between the first wavelength or beam splitter 20 and the active beam outlet opening 44.
  • the further common optical elements are at least a first telescope optics 46 and a second telescope optics 48.
  • the common optical elements have one
  • common optical axis 51 Due to their common optical axis 51, the common optical elements ensure that the target plane 30 (laser focus plane) is imaged sharply on the camera 34.
  • Test target 52 which is at a large distance, e.g. at a distance of several hundred meters or a few kilometers from the radiation weapon 10.
  • FIG. 1 shows a beam weapon 10 with an active beam 28 or auxiliary beam, which is aimed at a distant test target 52 and generates a penetration point there.
  • This burn-in which marks the actual meeting point 26, is recorded by the camera 34 of the imaging optics 24 and displayed on the screen 38 as an image 40 of the meeting point 26.
  • FIG. 2 shows the beam weapon from FIG. 1 with a beam path of radiation 54, which emanates from the test target 52 in the direction opposite to the direction of the active beam 28 and through the active beam outlet opening 44 of the beam weapon 10 into the imaging optics 24 of FIG
  • This radiation 54 is, for example, visible light or Infrared radiation. This radiation can occur as a result of irradiation with the primary radiation, but it can also be emitted independently of the primary radiation, for example as temperature radiation or
  • FIG. 1 shows that the second end 16 of the
  • the radiation-conducting solid body which to a certain extent represents the source of the primary radiation for the radiation weapon 10, is imaged by a first image in the target plane 30.
  • the first illustration is by the
  • Active beam 28 mediates.
  • the image lying in the target plane 30 corresponds to the meeting point 26 on the test target 52.
  • FIG. 2 shows the same structure as FIG. 1 with a beam path in the opposite direction.
  • Figure 2 thus illustrates that this meeting point 26 in a second optical image through the imaging optics 24 sharp on the
  • Camera 34 is imaged and is shown as image 40 of the meeting point 26 on the screen 38. This double optical image can be seen as indirect
  • Illustration of the second end 16 of the radiation-conducting solid 18 can be considered.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a beam weapon 10.
  • This beam weapon 10 has all the elements of the beam weapon 10 explained with reference to FIGS. 1 and 2 and differs from it by one
  • optical auxiliary element 56 is distinguished by the fact that its shape, dimensions and arrangement enable it to cover a beam cross-section of an active beam 28 or auxiliary beam emerging from the beam weapon 10 and primary radiation directed out of the beam weapon 10 into the imaging optics 24 of the beam weapon 10 to reflect.
  • the imaging optics 24 are set up to detect primary radiation from the reflecting optical auxiliary element 56
  • Detect active beam 28 or the auxiliary beam direct it as an image of the second end 16 onto the camera 34 and display this image as a meeting point 40 on the screen 38.
  • the optical auxiliary element 56 is a flat mirror 58, which is arranged perpendicular to the optical axis 51. To do this, the mirror must reflect the beam exactly in itself. For that, the mirror in the
  • the retroreflector reflects the beam in itself without angular adjustment.
  • a retroreflector is a device that largely detects incident electromagnetic radiation regardless of its direction of incidence and the direction of incidence
  • Alignment of the retroreflector is reflected in the direction from which the radiation is incident.
  • An incident beam is reflected laterally offset by 180 °.
  • Such a retroreflector 60 is therefore set up to absorb incident primary radiation reflected and reflected in directions opposite to directions of the incident primary radiation.
  • the retroreflector can have a much smaller diameter than the beam diameter.
  • the retroreflector does not necessarily have to be positioned in the center of the beam; a small retroreflector in the outer beam area is also possible.
  • Figure 3 shows a large retroreflector (area corresponds to the inside width of the housing opening), which is centered on the beam. This solution may provide the greatest accuracy. It also works with a small retroreflector that is not centered. For example, it is sufficient to stick a small retroreflector on the inside of the lid. For the process, the lid was then closed light-tight. Since there are no angles or position requirements for the retroreflector, the process can be carried out immediately without adjustments.
  • the optical auxiliary element 56 is preferably in the form of a cover which closes the active beam outlet opening 44 at an edge of the active beam outlet opening 44
  • this is optical
  • Auxiliary element 56 captively and hinged to the housing 50 by means of a joint 62.
  • the optical auxiliary element 56 leaves the active beam outlet opening 44 free in a first folding position, and closes the active beam outlet opening 44 in a second folding position.
  • the first folding position is represented in FIG. 3 by the broken line representation of the optical auxiliary element 56.
  • the second folding position is shown in Figure 3 by the solid representation of the optical
  • Auxiliary elements 56 represents.
  • the reflective side of the optical auxiliary element 56 is arranged on the side of the optical auxiliary element 56 which, in the closed state, faces the interior of the housing 50.
  • the closure is preferably constructed in such a way that the housing is closed in a light-tight manner when the method is carried out.
  • the closure of a cover closing the housing is preferably monitored in a safety-relevant manner. It is thereby achieved that no laser radiation can escape when the method is carried out, so that none
  • FIG. 3 shows a direct optical image of the beam exit of the second end 16 (or the beam exit of an auxiliary beam that is collinear with the active beam) Camera 34.
  • the optical auxiliary element 56 is for this purpose directly in front of the
  • Active beam exit opening 44 active beam 28 exiting along the optical axis 51 into the common part of the imaging optics 24 and the active beam optics 22.
  • the direction of the rays incident on the optical auxiliary element 56 is reversed upon reflection on the optical auxiliary element 56, so that the reflected radiation in the imaging optics 24 propagates to the camera 34 as if this radiation originated from a distant test target that is in a remote test target side
  • Focus of the active beam 28 is located.
  • the direct imaging takes place in such a way that the direct optical image of the beam exit of the active beam or auxiliary beam (ie of the second end 16) corresponds to the image of the
  • Impact point 26 of the active beam 28 corresponds to a distant test target 52.
  • the image of the second end 16 thus generated can therefore be used to determine and display the actual meeting point.
  • This optical method can be carried out in such a way that the active beam 28 does not leave the housing 50, so that no test station is required for execution and no safety precautions need to be taken.
  • the active beam of one or more lasers is guided to the active beam optics with a glass fiber or a bundle of glass fibers.
  • the optical image is synonymous with the
  • a laser beam of a different wavelength can also be used for direct imaging on the camera.
  • the laser beam source for optics is made without fiber.
  • the laser beam is then introduced into the optics as a free beam.
  • the adjustment is then made to the optical axis of the optics.
  • the laser beam is then coupled into the optics as a collimated beam of parallel light. Then that is not applicable
  • Collimation optics (42).
  • the coupling of a divergent beam is also conceivable.
  • FIG. 4 shows a flow diagram as an exemplary embodiment of a method according to the invention for representing the position of a meeting point of a beam weapon 10 having an active beam optics 22 and an imaging optics 24.
  • Beam cross section of an active beam 28 or auxiliary beam emerging from the beam weapon 10 is covered with an optical auxiliary element 56 reflecting the incident active beam 28 or auxiliary beam.
  • a second step 102 the active beam 28 or the auxiliary beam is triggered when the beam is covered
  • the outgoing radiation is captured by the imaging optics 24 and directed onto a camera 34 of a screen 38 which has a target point marking 36.
  • the irradiated object is a distant test target 26.
  • the object is the optical one
  • a fourth step 106 the radiation spot generated by the camera 34 is displayed on the screen 38 as the actual meeting point 40.
  • the active beam optics 22 and the imaging optics 24 have the deflection mirror 32 as a common component, which is arranged and aligned such that it is from the first Wavelength or beam splitter 20 incident here
  • Wavelength or beam splitter 20 reflected.
  • the first wavelength or beam splitter 20 directs at least a portion of those from the deflecting mirror 32
  • the imaging optics have a first camera 34 and a second camera 34 ′ and a second wavelength or beam splitter 64, which separates reflected radiation incident from the first wavelength or beam splitter 20 into a reflected portion and a transmitted portion.
  • the first camera 34 is arranged so that it can be illuminated with the reflected portion, and the second camera 34 'is arranged so that it can be illuminated with the transmitted portion.
  • the orientation of the deflection mirror 32 is in one
  • An optical element 66 is between the first wavelength or beam splitter 20 and a deflection mirror 68
  • optical element 70 is arranged between the deflection mirror 68 and the second wavelength or beam splitter 64.
  • a second deflecting mirror 72 is arranged between the second wavelength or beam splitter 64 and the first camera.
  • the optical elements can each be implemented as a lens or as a spherical mirror.
  • the telescope optics, collimation optics and imaging optics can also each be implemented as lenses or spherical mirrors.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts (26) einer Strahlenwaffe (10), die eine Wirkstrahloptik (22) und eine Abbildungsoptik (24) aufweist. Bei dem Verfahren wird eine Abstrahlung von durch die Wirkstrahloptik (22) zu fokussierender und zu richtender Primärstrahlung der Strahlenwaffe (10) als Wirkstrahl (28) ausgelöst und von einem bestrahlten Objekt ausgehende Strahlung wird von Abbildungsoptik (24) erfasst und auf eine Kamera (34) eines Bildschirms (38) gerichtet. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Strahlbündelquerschnitt eines Wirkstrahls (28) mit einem reflektierenden optischen Hilfselement (56) abgedeckt wird, die Auslösung des Wirkstrahls (28) oder des Hilfsstrahls bei abgedecktem Strahlbündelquerschnitt erfolgt, und dass von dem reflektierenden optischen Hilfselement (56) reflektierte Primärstrahlung des Wirkstrahls (28) oder des Hilfsstrahls von der Abbildungsoptik (24) erfasst und auf einen Fleck der Kamera (34) gerichtet wird, welcher Fleck als Treffpunkt (40) auf dem Bildschirm (38) dargestellt wird. Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf eine Strahlenwaffe (10).

Description

Titel: Strahlenwaffe und Verfahren zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts der Strahlenwaffe
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Darstellung eines Ist-Treffpunktes einer Strahlenwaffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Strahlenwaffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2.
Ein solches Verfahren und eine solche Strahlenwaffe sind per se bekannt. Das bekannte Verfahren bezieht sich auf eine Strahlenwaffe, die eine Wirkstrahloptik und eine Abbildungsoptik aufweist. Die Wirkstrahloptik dient zur Fokussierung und Ausrichtung von Primärstrahlung, die von der Strahlenwaffe in Form eines Wirkstrahls oder eines Hilfsstrahls abgestrahlt wird. Von einem mit dem Wirkstrahl oder Hilfsstrahl bestrahlten Objekt ausgehende Strahlung wird von der Abbildungsoptik erfasst und auf eine Kamera eines Bildschirms gerichtet, der eine Zielpunktmarkierung aufweist .
Die Abbildungsoptik ist ein Beispiel einer Zieloptik, die zur optischen Darstellung eines Zielbereichs dient. Ein anderes Beispiel einer solchen Zieloptik ist ein
Zielfernrohr, das eine direkte Betrachtung des Zielbereichs mit dem Auge erlaubt. Der Zielpunkt der Waffe wird in der Regel durch ein Fadenkreuz in der Optik des Zielfernrohrs oder auf einem Bildschirm der Kamera markiert. Der zum Beispiel als Fadenkreuz markierte Zielpunkt gibt bei einer Betrachtung des Zielbereiches durch das Zielfernrohr oder des auf einem Bildschirm abgebildeten Zielbereichs einen im Zielbereich liegenden Soll-Treffpunkt an. Das Verfahren zur Darstellung eines Ist-Treffpunktes wird auch als
Zielpunktermittlung bezeichnet.
Bei der Durchführung eines Beschusses wird die Waffe zunächst so ausgerichtet, dass das Fadenkreuz der
Zieloptik, bzw. der Zielpunkt, mit dem Soll-Treffpunkt übereinstimmt. Danach wird der Schuss ausgelöst. Die
Treffgenauigkeit der Waffe hängt davon ab, wie gut das Fadenkreuz, bzw. der Soll-Treffpunkt/Zielpunkt mit dem bei einem Schuss tatsächlich getroffenen Ist-Treffpunkt der Waffe übereinstimmt. Eine gute Übereinstimmung von Zielpunkt und Ist-Treffpunkt ist insbesondere für Strahlenwaffen von großer Bedeutung, da Strahlenwaffen prinzipiell eine sehr hohe Präzision besitzen. Diese Präzision kann aber nur ausgenutzt werden, wenn das Fadenkreuz der Zieloptik, bzw. der Zielpunkt, mit einer der Präzision der Strahlenwaffe entsprechenden
Genauigkeit mit dem Ist-Treffpunkt der Waffe übereinstimmt.
Eine Justierung der Abbildungsoptik, die zu der gewünschten Übereinstimmung führt, setzt eine Ermittlung des Ist- Treffpunktes voraus. Eine solche Ist-Treffpunktermittlung ist zum Beispiel bei dem erstmaligen Aufbau einer Waffe, nach einem Austausch von Teilen der Waffe oder nach einer Dejustage des Aufbaus durch Umwelteinflüsse wie Temperatur- und Druck-Schwankungen, Vibrationen, Stoßwellen etc.
erforderlich .
Bei konventionellen Schusswaffen wird die Lage des Ist- Treffpunktes relativ zum Soll-Treffpunkt mit Hilfe von scharfen Schüssen der Waffe auf ein Testziel ermittelt, auf dem sich der Ist-Treffpunkt zum Beispiel als Einschussloch darstellt. Der entstandene Einschuss wird dann mit der Zieloptik der Waffe anvisiert und das Fadenkreuz der
Zieloptik wird bei unveränderter Ausrichtung der Waffe auf den sich als Einschussloch darstellenden Ist-Treffpunkt eingestellt. Diese Prozedur wird zur Steigerung der
Genauigkeit ggf. mehrmals wiederholt. Für andere
Zielabstände kann eine Wiederholung dieser Prozedur
erforderlich sein. Dies ist auch die konventionelle Prozedur für eine
Strahlenwaffe. Das Analogon zu dem scharfen Schuss der konventionellen Schusswaffe ist hier ein
Hochleistungslaserstrahl, der auf ein Testziel gerichtet wird und dort z.B. einen Einbrand in dem Material des
Testziels erzeugt. Die Einbrandstelle wird mit der
Abbildungsoptik erfasst, und der Zielpunkt der
Strahlenwaffe (z.B. der Kreuzungspunkt eines Fadenkreuzes einer Abbildungsoptik) wird bei unveränderter Ausrichtung der Waffe so verstellt, dass der Zielpunkt bei der
Betrachtung der Einbrandstelle mit der Zieloptik auf der sich als Ist-Treffpunkt darstellenden Einbrandstelle liegt.
Bei dem eingangs als per se bekannt bezeichneten Verfahren zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts einer eine
Wirkstrahloptik und eine Abbildungsoptik aufweisenden
Strahlenwaffe wird eine durch die Wirkstrahloptik
fokussierte und gerichtete Primärstrahlung der
Strahlenwaffe als Wirkstrahl oder Hilfsstrahl ausgelöst.
Das mit diesem Wirkstrahl oder Hilfsstrahl bestrahlte
Objekt emittiert eine Strahlung, die im Folgenden zur
Unterscheidung von der als Primärstrahlung bezeichneten Ausgangsstrahlung der Strahlenwaffe nur als Strahlung bezeichnet wird. Diese Strahlung ist zum Beispiel ein breites Spektrum sichtbaren Lichts und/oder
Infrarotstrahlung, die unter Umständen als Folge der
Bestrahlung mit der Primärstrahlung emittiert wird, aber zum Beispiel auch reflektiertes Tageslicht sein kann. Diese Strahlung wird von der Abbildungsoptik erfasst und auf eine Kamera eines Bildschirms gerichtet. Dabei wird die Einbrandstelle als Ist-Treffpunkt auf dem Bildschirm abgebildet. Der Bildschirm weist zum Beispiel eine
Zielpunktmarkierung in Form eines Fadenkreuzes auf, so dass die Lage des Treffpunktes relativ zu der
Zielpunktmarkierung ablesbar ist.
Bei dem bekannten Verfahren sind zur Zielpunktermittlung scharfe Schüsse / Bestrahlungen von Testzielen im realen Entfernungsbereich der Waffe erforderlich. Hierfür ist ein geeignetes Gelände mit entsprechenden
Sicherheitsvorkehrungen für den Waffeneinsatz erforderlich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass diese
Zielpunktermittlung bei bewegter Waffe sehr schwierig ist. Eine Bewegung der Waffe ist zum Beispiel bei Schiffswaffen kaum zu vermeiden.
Nachteilig ist auch, dass das Verfahren im Einsatzgebiet der Waffe u.U. nicht durchführbar ist, wenn es sich nicht um ein Sperrgebiet handelt. Dann ist z.B. nach einer
Waffenreparatur eine genaue Zielpunktermittlung der
Strahlenwaffe nicht möglich.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und einer
Strahlenwaffe der jeweils eingangs genannten Art, die nicht mit diesen Nachteilen behaftet sind.
Mit Bezug auf Verfahrensaspekte wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit Bezug auf
Vorrichtungsaspekte mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Dabei unterscheidet sich das erfindungsgemäße
Verfahren vom Stand der Technik durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Diese sehen vor, dass ein
Strahlbündelquerschnitt eines aus der Strahlenwaffe
austretenden Wirkstrahls oder Hilfsstrahls mit einem den einfallenden Wirkstrahl oder Hilfsstrahl reflektierenden optischen Hilfselement abgedeckt wird. Die Auslösung des Wirkstrahls oder des Hilfsstrahls erfolgt dann bei
abgedecktem Strahlbündelquerschnitt, so dass die in diesem Strahlbündelquerschnitt propagierende Primärstrahlung auf das optische Hilfselement trifft und von diesem reflektiert wird. Von dem reflektierenden optischen Hilfselement reflektierte Primärstrahlung des Wirkstrahls oder des
Hilfsstrahls wird von der Abbildungsoptik erfasst und auf einen Fleck der Kamera gerichtet. Dieser Fleck wird als ermittelter Ist-Treffpunkt auf dem Bildschirm dargestellt. Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 stellen zu diesen Verfahrensmerkmalen korrespondierende
Vorrichtungsmerkmale der Strahlenwaffe dar.
Bei der Durchführung des Verfahrens ist das Gehäuse lichtdicht geschlossen. Dadurch wird erreicht, dass bei der Durchführung des Verfahrens keine Laserstrahlung austreten kann, so dass keine Sicherheitsmaßnahmen notwendig werden.
Die Erfindung erlaubt eine Ermittlung und Darstellung des Zielpunktes der Strahlenwaffe, ohne dass dazu
Primärstrahlung in Form eines Wirkstrahls oder Hilfsstrahls in die Umgebung abgestrahlt werden muss. Die Ermittlung und Darstellung des Zielpunktes ist zu jeder Zeit mit hoher Genauigkeit, geringem Zeitaufwand und ohne die Umgebung der Strahlenwaffe betreffende Sicherheitsvorkehrungen, wie z.B. Absperrungen, durchführbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Ermittlung und Darstellung des Zielpunktes der Strahlenwaffe auch bei bewegter Strahlenwaffe
durchführbar ist, ohne dass die Bewegung der Strahlenwaffe die Genauigkeit der Ermittlung und Darstellung des
Zielpunktes beeinträchtigt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Strahlenwaffe zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Primärstrahlungsquelle und wenigstens einen ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisenden strahlungsleitenden Festkörper sowie einen Wellenlängen- oder Strahl-Teiler aufweist, der ein
gemeinsamer Bestandteil der Abbildungsoptik und der
Wirkstrahloptik ist, wobei das erste Ende relativ zu der Primärstrahlungsquelle so angeordnet ist, dass von der Primärstrahlungsquelle emittierte Primärstrahlung über das erste Ende in den Festkörper einkoppelbar ist und über das zweite Ende aus dem Festkörper auskoppelbar ist und dass der Wellenlängen- oder Strahl-Teiler in einem Strahlengang der auskoppelbaren Primärstrahlung so angeordnet ist, dass er mit der auskoppelbaren Primärstrahlung beleuchtbar ist.
Das Verfahren funktioniert aber auch uneingeschränkt ohne einen solchen Festkörper, wenn der Laserstrahl als Freistrahl in die Optik eingeführt wird (Justage auf die optische Achse der Optik) . In der Regel wird dann der Laserstrahl als kollimierter Strahl, d.h. Strahl aus parallel ausgerichtetem Licht in die Optik eingekoppelt. Eine Einkopplung eines divergenten Strahls ist auch denkbar. Die Einkopplung als Freistrahl hat Vorteile bei sehr hohen Leistungen, da die mit heute bekannten Fasern übertragbaren Leistungen nach oben beschränkt sind.
Bevorzugt ist auch, dass die Wirkstrahloptik und die
Abbildungsoptik als weitere gemeinsame Bestandteile
optische Elemente aufweisen, die zwischen dem Wellenlängen oder Strahl-Teiler und der Wirkstrahlaustrittsöffnung der Strahlenwaffe liegen.
Weiter ist bevorzugt, dass die optischen Elemente eine gemeinsame optische Achse aufweisen.
Die gemeinsamen optischen Elemente sorgen dafür, dass die Zielebene scharf auf die Kamera und den Bildschirm
abgebildet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Strahlenwaffe zeichnet sich dadurch aus, dass zu den weiteren gemeinsamen optischen Elementen wenigstens eine erste Teleskopoptik und eine zweite Teleskopoptik gehört.
Bevorzugt ist auch, dass das optische Hilfselement ein ebener Spiegel ist, der senkrecht zu der optischen Achse angeordnet ist.
Alternativ dazu ist bevorzugt, dass das optische
Hilfselement einen Retroreflektor aufweist, der dazu eingerichtet ist, einfallende Primärstrahlung als reflektierte und in zu Richtungen der einfallenden
Primärstrahlung entgegengesetzte Richtungen zu
reflektieren .
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Strahlenwaffe zeichnet sich dadurch aus, dass die Wirkstrahloptik und die Abbildungsoptik als weiteren gemeinsamen Bestandteil einen Ablenkspiegel aufweisen, der so angeordnet und ausgerichtet ist, dass er vom Wellenlängen- oder Strahl-Teiler her einfallende Primärstrahlung in Richtung zur
Wirkstrahlaustrittsöffnung reflektiert und aus der Richtung vom optischen Hilfselement her einfallende reflektierte Strahlung zum Wellenlängen- oder Strahl-Teiler reflektiert.
Bevorzugt ist auch, dass der Wellenlängen- oder Strahl- Teiler wenigstens einen Teil der vom Ablenkspiegel her einfallenden reflektierten Strahlung auf wenigstens eine Kamera der Abbildungsoptik richtet.
Weiter ist bevorzugt, dass die Abbildungsoptik eine erste Kamera und eine zweite Kamera und einen zweiten
Wellenlängen- oder Strahl-Teiler aufweist, der vom ersten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler her einfallende
reflektierte Strahlung in einen reflektierten Anteil und einen transmittierten Anteil trennt und dass die erste Kamera so angeordnet ist, dass sie mit dem reflektierten Anteil beleuchtbar ist und dass die zweite Kamera so angeordnet ist, dass sie mit dem transmittierten Anteil beleuchtbar ist. Für die Durchführung des Verfahrens reicht eine einzige Kamera aus. In der Regel wird dies eine sogenannte Fine Tracking Kamera sein. Die Bilder dieser Kamera werden per Software hinsichtlich der Targetposition zur Strahllage (=Fadenkreuz ) ausgewertet, die Ablage wird berechnet, und es wird ein Steuersignal für den Ablenkspiegel ausgegeben.
Eine zweite (oder weitere) Kamera (s) können unabhängig von der ersten Kamera eingesetzt werden. Das Verfahren liefert dann gleichzeitig mit der ersten Kamera auch für diese Kamera den Zielpunkt (Fadenkreuz) . In der Regel nutzt die zweite Kamera eine andere Wellenlänge, so dass in der Optik die Strahlengänge durch einen Wellenlängenteilerspiegel getrennt werden. Manchmal erlaubt die Softwareauswertung nicht, dass die Bilder auch für den Beobachter zur
Verfügung stehen. Dann kann die zweite Kamera zur
Beobachtung genutzt werden. Die zweite Wellenlänge kann unter Umständen bessere Bilder liefern da andere
atmosphärische Verhältnisse vorliegen (weniger Streuung, Nebel) . Eine zweite Kamera kann eine höhere Auflösung, eine Optik mit stärkerer Vergrößerung für bessere Auflösung oder mit kleinerer Vergrößerung für größeres Bildfeld aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Strahlenwaffe zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausrichtung des
Ablenkspiegels manuell oder automatisch verstellbar ist.
Bevorzugt ist auch, dass ein optisches Element (Linse oder sphärischer Spiegel) zwischen dem Wellenlängen- oder Strahl-Teiler und einem Umlenkspiegel angeordnet ist und dass ein weiteres optisches Element (Linse oder sphärischer Spiegel) zwischen dem Umlenkspiegel und dem zweitem
Wellenlängen- oder Strahl-Teiler angeordnet ist und dass ein zweiter Umlenkspiegel zwischen dem zweiten
Wellenlängen- oder Strahl-Teiler und der ersten Kamera angeordnet ist.
Weiter ist bevorzugt, dass die Abbildungsoptik und die Wirkstrahloptik in einem Gehäuse angeordnet sind, das eine einen Austritt von Strahlung aus dem Gehäuse und einen Eintritt von Strahlung in das Gehäuse erlaubende
Wirkstrahlaustrittsöffnung aufweist und dass das optische Hilfselement in Form eines die Wirkstrahlaustrittsöffnung verschließenden Deckels an einem Rand der
Wirkstrahlaustrittsöffnung befestigbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Strahlenwaffe zeichnet sich dadurch aus, dass das optische Hilfselement unverlierbar und mittels eines Gelenks klappbar befestigt ist, wobei das optische Hilfselement in einer ersten
Klappstellung die Wirkstrahlaustrittsöffnung freilässt und in einer zweiten Klappstellung die
Wirkstrahlaustrittsöffnung verschließt .
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer Strahlenwaffe als technisches Umfeld der Erfindung mit ausgehender Strahlung;
Figur 2 die Strahlenwaffe aus der Figur 1 mit eingehender
Strahlung;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Strahlenwaffe ;
Figur 4 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 5 eine weitere Ausgestaltung einer
erfindungsgemäßen Strahlenwaffe.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 eine vereinfachte
Darstellung einer Strahlenwaffe 10. Die Strahlenwaffe 10 weist eine Primärstrahlungsquelle 12 und wenigstens einen ein erstes Ende 14 und ein zweites Ende 16 aufweisenden strahlungsleitenden Festkörper 18 sowie einen ersten
Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 auf. Die
Primärstrahlungsquelle 12 weist bevorzugt einen oder mehrere Laser auf. Der strahlungsleitende Festkörper 18 ist zum Beispiel eine Glasfaser oder ein Glasfaserbündel.
Die Strahlenwaffe 10 weist eine Wirkstrahloptik 22 und eine Abbildungsoptik 24 auf und ist zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts 26 der Strahlenwaffe 10 eingerichtet. Die Wirkstrahloptik 22 ist dazu eingerichtet, als Wirkstrahl 28 oder Hilfsstrahl abzustrahlende Primärstrahlung der
Strahlenwaffe 10 in eine Zielebene 30 zu fokussieren und auszurichten. Die Ausrichtung erfolgt zum Beispiel durch einen beweglichen Ablenkspiegel 32.
Die Abbildungsoptik 24 ist dazu eingerichtet, von einem mit dem Wirkstrahl 28 oder dem Hilfsstrahl bestrahlten Objekt ausgehende Strahlung zu erfassen und auf eine Kamera 34 eines eine Zielpunktmarkierung 36 aufweisenden Bildschirms 38 zu richten. Zu diesem Zweck weist die Strahlenwaffe 10 einen Bildschirm 38 auf. Dabei wird bevorzugt ein
vergrößertes, hochaufgelöstes Bild 40 des Treffpunktes 26 auf der Kamera 34 und dem Bildschirm 38 erzeugt. Die
Abbildungsoptik 24 weist neben der Kamera 34 und dem
Bildschirm 38 als nicht auch zur Wirkstrahloptik
zugehöriges optisches Element eine Abbildungsoptik 35 auf.
Der erste Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 ist ein gemeinsamer Bestandteil der Abbildungsoptik 24 und der Wirkstrahloptik 22. Der Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 basiert zum Beispiel auf einer Umkehrung einer Wellenlängenkopplung. Solche Wellenlängenteiler ( =
Wellenlängenkoppler in Umkehrung) sind bekannt. Bekannte Wellenlängenteiler weisen eine spezielle Spiegelschicht auf, die auf ein Glassubstrat aufgedampft wurde. Diese Schicht reflektiert Licht mit Wellenlängen aus einem bestimmten Wellenlängenbereich und transmittiert Licht mit Wellenlängen aus einem anderen Wellenlängenbereich. Solche Spiegel sind dem Fachmann bekannt und kommerziell
erhältlich (z.B. Fa. Laseroptik, Garbsen)
Beim Gegenstand der Figur 1 reflektiert der Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 die Wellenlänge des Wirklasers und transmittiert die Wellenlänge des Beleuchtungslasers (Hilfslaser) . Der Beleuchtungslaser ist ein unabhängiger Laser, der mitbewegt wird, so dass er das Zielgebiet mit dem Target großflächig beleuchtet (wie ein Scheinwerfer) . Man kann alternativ dazu auch ohne Beleuchtungslaser und bei irgendeiner Wellenlänge für das Kamerabild arbeiten, wenn genug Tageslicht vorhanden ist. Theoretisch könnte die Kamera auch eine Thermokamera sein und man arbeitet mit Wärmestrahlung im nahen oder weiten Infrarot.
Prinzipiell ist es auch möglich das Kamerabild in einem Wellenlängenbereich zu erzeugen in dem auch die Wirklaserwellenlänge liegt. Das Element 20 ist dann kein Wellenlängenteiler sondern ein Strahlteiler . D.h., dass das Element 20 sehr Licht (99%) reflektiert (nämlich den Laser) und nur einen kleinen Teil (1%) zur Kamera durchlässt . Generell können aber auch nach anderen Prinzipien arbeitende Wellenlängenteiler zum Einsatz kommen.
Das erste Ende 14 des strahlungsleitenden Festkörpers 18 ist relativ zu der Primärstrahlungsquelle 12 so angeordnet, dass von der Primärstrahlungsquelle 12 emittierte
Primärstrahlung über das erste Ende 14 in den Festkörper 18 einkoppelbar ist, und das zweite Ende 16 ist relativ zum ersten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 so angeordnet, dass im Festkörper 18 propagierende Primärstrahlung über das zweite Ende 16 aus dem Festkörper 18 auskoppelbar ist und dass der erste Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 mit der auskoppelbaren Primärstrahlung beleuchtbar ist. Eine zwischen dem zweiten Ende 16 und dem ersten Wellenlängen oder Strahl-Teiler 20 angeordnete Kollimationsoptik 42 bündelt die aus dem zweiten Ende 16 austretende
Primärstrahlung. Die Kollimationsoptik 42 ist ein optisches Element der Wirkstrahloptik 22, das nicht auch zur
Abbildungsoptik 24 gehört.
Die Abbildungsoptik 24 und die Wirkstrahloptik 22 sind in einem Gehäuse 50 angeordnet. Das Gehäuse 50 weist eine Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 auf, die einen Austritt von Strahlung aus dem Gehäuse 50 und einen Eintritt von
Strahlung in das Gehäuse 50 erlaubt.
Die Wirkstrahloptik 22 und die Abbildungsoptik 24 weisen neben dem ersten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 und dem Ablenkspiegel 32 weitere gemeinsame optische Elemente auf, die zwischen dem ersten Wellenlängen- oder Strahl- Teiler 20 und der Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 liegen. Die weiteren gemeinsamen optischen Elemente sind wenigstens eine erste Teleskopoptik 46 und eine zweite Teleskopoptik 48. Die gemeinsamen optischen Elemente weisen eine
gemeinsame optische Achse 51 auf. Die gemeinsamen optischen Elemente sorgen aufgrund ihrer gemeinsamen optischen Achse 51 dafür, dass die Zielebene 30 (Laserfokusebene) scharf auf die Kamera 34 abgebildet wird.
Wie eingangs erwähnt, erfolgt bei der konventionellen
Ermittlung des Zielpunktes 26 eine Bestrahlung eines
Testziels 52, das sich in einem großen Abstand, z.B. in einem Abstand von mehreren hundert Metern oder einigen Kilometern von der Strahlenwaffe 10 entfernt befindet.
Figur 1 zeigt eine Strahlenwaffe 10 mit einem Wirkstrahl 28 oder Hilfsstrahl, der auf ein entferntes Testziel 52 gerichtet ist und dort eine Einbrandstelle erzeugt. Dieser Einbrand, der den Ist-Treffpunkt 26 markiert, wird von der Kamera 34 der Abbildungsoptik 24 erfasst und als Bild 40 des Treffpunktes 26 auf dem Bildschirm 38 dargestellt.
Figur 2 zeigt die Strahlenwaffe aus der Figur 1 mit einem Strahlengang von Strahlung 54, die in zur Richtung des Wirkstrahls 28 umgekehrter Richtung von dem Testziel 52 ausgeht und durch die Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 der Strahlenwaffe 10 in die Abbildungsoptik 24 der
Strahlenwaffe 10 eintritt. Bei dieser Strahlung 54 handelt es sich zum Beispiel um sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung. Diese Strahlung kann sich als Folge einer Bestrahlung mit der Primärstrahlung einstellen, sie kann aber auch von der Primärstrahlung unabhängig emittiert werden, zum Beispiel als Temperaturstrahlung oder
reflektiertes Tageslicht.
Die Figur 1 zeigt, dass das zweite Ende 16 des
strahlungsleitenden Festkörpers, das gewissermaßen die Quelle der Primärstrahlung für die Strahlenwaffe 10 darstellt, durch eine erste Abbildung in die Zielebene 30 abgebildet wird. Die erste Abbildung wird durch den
Wirkstrahl 28 vermittelt. Das in der Zielebene 30 liegende Bild entspricht dem Treffpunkt 26 auf dem Testziel 52.
Figur 2 zeigt dieselbe Struktur wie die Figur 1 mit einem Strahlengang umgekehrter Richtung. Figur 2 verdeutlicht damit, dass dieser Treffpunkt 26 in einer zweiten optischen Abbildung durch die Abbildungsoptik 24 scharf auf die
Kamera 34 abgebildet wird und als Bild 40 des Treffpunktes 26 auf dem Bildschirm 38 dargestellt wird. Diese zweifache optische Abbildung kann gewissermaßen als indirekte
Abbildung des zweiten Endes 16 des strahlungsleitenden Festkörpers 18 betrachtet werden.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Strahlenwaffe 10. Diese Strahlenwaffe 10 weist sämtliche Elemente der mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 erläuterten Strahlenwaffe 10 auf und unterscheidet sich von dieser durch ein
zusätzliches optisches Hilfselement 56. Dieses optische Hilfselement 56 zeichnet sich dadurch aus, dass es durch seine Form und Abmessungen sowie Anordnung dazu eingerichtet ist, einen Strahlbündelquerschnitt eines aus der Strahlenwaffe 10 austretenden Wirkstrahls 28 oder Hilfsstrahls abzudecken und aus der Strahlenwaffe 10 heraus gerichtete Primärstrahlung in die Abbildungsoptik 24 der Strahlenwaffe 10 zu reflektieren. Die Abbildungsoptik 24 ist dazu eingerichtet, von dem reflektierenden optischen Hilfselement 56 reflektierte primäre Strahlung des
Wirkstrahls 28 oder des Hilfsstrahls zu erfassen und als Bild des zweiten Endes 16 auf die Kamera 34 zu richten und dieses Bild als Treffpunkt 40 auf dem Bildschirm 38 darzustellen .
Das optische Hilfselement 56 ist in einer Ausgestaltung ein ebener Spiegel 58, der senkrecht zu der optischen Achse 51 angeordnet ist. Dazu muss der Spiegel den Strahl exakt in sich selbst reflektieren. Dafür müsste der Spiegel im
Winkel genau justiert werden, was nicht einfach ist.
Daher wird man als Hilfselement bevorzugt einen
Retroreflektor 60 verwenden: Der Retroreflektor reflektiert den Strahl ohne Winkelj ustage in sich selbst. Ein Retroreflektor ist eine Vorrichtung, die einfallende elektromagnetische Strahlung weitgehend unabhängig von deren Einfallsrichtung sowie der
Ausrichtung des Retroreflektors in die Richtung reflektiert, aus der die Strahlung einfällt. Ein einfallender Strahl wird lateral versetzt um 180° reflektiert. Ein solcher Retroreflektor 60 ist daher dazu eingerichtet, einfallende Primärstrahlung als reflektierte und in zu Richtungen der einfallenden Primärstrahlung entgegengesetzte Richtungen zu reflektieren .
Für die Durchführung des Verfahrens reicht es aus, nur einen Teilbereich des Strahls zurück zu reflektieren (der Rest trifft dann auf den Deckel) . Das heißt, dass Retroreflektor einen viel kleineren Durchmesser als der Strahldurchmesser haben kann.
Der Retroreflektor muss nicht zwingend in der Strahlmitte positioniert werden, es ist auch ein kleiner Retrorefelktor im äußeren Strahlbereich möglich.
Die Figur 3 zeigt einen großen Retroreflektor (Fläche entspricht der lichten Weite der Gehäuseöffnung) , der auf den Strahl zentriert ist. Diese Lösung liefert vielleicht die die größte Genauigkeit. Es funktioniert aber auch mit einem kleinen Retroreflektor, der nicht zentriert ist. Es reicht zum Beispiel aus, einen kleinen Retroreflektor auf die Innenseite des Deckels zu kleben. Für das Verfahren wor der Deckel dann lichtdicht geschlossen. Da es für den Retroreflektor keine Winkel oder Positionsanforderungen gibt, kann das Verfahren ohne Justagen sofort durchgeführt werden.
Das optische Hilfselement 56 ist bevorzugt in Form eines die Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 verschließenden Deckels an einem Rand der Wirkstrahlaustrittsöffnung 44
befestigbar. Eine solche Befestigung kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen, zum Beispiel durch Schrauben oder Klammern. In jedem Fall muss es sich um lösbare
Befestigungen handeln.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das optische
Hilfselement 56 unverlierbar und mittels eines Gelenks 62 klappbar an dem Gehäuse 50 befestigt. Dabei lässt das optische Hilfselement 56 in einer ersten Klappstellung die Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 frei, und in einer zweiten Klappstellung verschließt es die Wirkstrahlaustrittsöffnung 44. Die erste Klappstellung wird in der Figur 3 durch die gestrichelte Darstellung des optischen Hilfselements 56 repräsentiert. Die zweite Klappstellung wird in der Figur 3 durch die durchgezogene Darstellung des optischen
Hilfselements 56 repräsentiert. Die reflektierende Seite des optischen Hilfselements 56 ist auf der Seite des optischen Hilfselements 56 angeordnet, die im geschlossenen Zustand dem Inneren des Gehäuses 50 zugewandt ist.
Alternativ zu dem beschriebenen drehbaren Deckel sind auch andere Ausführungen möglich wie z.B. ein Schiebeverschluss, oder ein zur Seite wegschwenkender Verschluss. Der
Verschluss ist bevorzugt so konstruiert, dass das Gehäuse bei der Durchführung des Verfahrens lichtdicht geschlossen ist. Der Verschluss eines das Gehäuse schließenden Deckels wird bevorzugt sicherheitsrelevant überwacht. Dadurch wird erreicht, dass bei der Durchführung des Verfahrens keine Laserstrahlung austreten kann, so dass keine
Sicherheitsmaßnahmen notwendig werden. Im Gegensatz zu den Figuren 1 und 2, die gemeinsam eine indirekte Abbildung des Strahlaustritts der Primärstrahlung auf eine Kamera 34 zeigen, zeigt die Figur 3 eine direkte optische Abbildung des Strahlaustritts des zweiten Endes 16 (oder des Strahlaustritts eines zum Wirkstrahl kollinearen Hilfsstrahls) auf die Kamera 34. Die direkte optische
Abbildung erfolgt mit Hilfe des optischen Hilfselements 56. Das optische Hilfselement 56 wird dazu direkt vor der
Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 der Strahlenwaffe 10
angeordnet und reflektiert den aus der
Wirkstrahlaustrittsöffnung 44 austretenden Wirkstrahl 28 an der optischen Achse 51 entlang in den gemeinsamen Teil der Abbildungsoptik 24 und der Wirkstrahloptik 22 zurück. Die Richtung der auf das optische Hilfselement 56 einfallenden Strahlen wird bei der Reflexion am optischen Hilfselement 56 umgekehrt, so dass die reflektierte Strahlung in der Abbildungsoptik 24 so zu der Kamera 34 propagiert, als wenn diese Strahlung von einem entfernten Testziel stammen würde, das sich in einem entfernten Testziel-seitigen
Brennpunkt des Wirkstrahls 28 befindet.
Die direkte Abbildung erfolgt damit so, dass das direkte optische Bild des Strahlaustritts des Wirkstrahls oder Hilfsstrahls (also des zweiten Endes 16) dem Bild des
Auftreffpunkts 26 des Wirkstrahls 28 auf ein entferntes Testziel 52 entspricht. Daher kann das so erzeugte Bild des zweiten Endes 16 zur Ermittlung und Darstellung des Ist- Treffpunktes dienen. Dieses optische Verfahren kann so ausgeführt werden, dass der Wirkstrahl 28 das Gehäuse 50 nicht verlasst, so dass zur Ausführung kein Versuchsplatz benötigt wird und keine Sicherheitsvorkehrungen zu treffen sind.
In dem hier beschriebenen Fall wird der Wirkstrahl eines oder mehrerer Laser mit einer Glasfaser oder einem Bündel von Glasfasern zur Wirkstrahloptik geführt. Die optische Abbildung ist in diesem Fall gleichbedeutend mit der
Abbildung des zweiten Endes 16, an dem Primärstrahlung aus einer Faserendfläche austritt. In diesem Fall kann auch ein Laserstrahl anderer Wellenlänge (Hilfsstrahl, Pilotlaser) zur direkten Abbildung auf die Kamera genutzt werden.
Die Strahlführung des Laserstrahls von der
Laserstrahlquelle zur Optik erfolgt in einer alternativen Ausgestaltung ohne Faser. Der Laserstrahl wird dann als Freistrahl in die Optik eingeführt. Die Justage erfolgt dann auf die optische Achse der Optik. In der Regel wird dann der Laserstrahl als kollimierter Strahl aus parallelem Licht in die Optik eingekoppelt. Dann entfällt die
Kollimationsoptik (42). Die Einkopplung eines divergenten Strahls ist auch denkbar.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts einer eine Wirkstrahloptik 22 und eine Abbildungsoptik 24 aufweisenden Strahlenwaffe 10. In einem ersten Schritt 100 wird ein
Strahlbündelquerschnitt eines aus der Strahlenwaffe 10 austretenden Wirkstrahls 28 oder Hilfsstrahls mit einem den einfallenden Wirkstrahl 28 oder Hilfsstrahl reflektierenden optischen Hilfselement 56 abgedeckt.
In einem zweiten Schritt 102 erfolgt die Auslösung des Wirkstrahls 28 oder des Hilfsstrahls bei abgedecktem
Strahlbündelquerschnitt .
In einem dritten Schritt 104 wird von einem mit dem
Wirkstrahl 28 oder Hilfsstrahl bestrahlten Objekt
ausgehende Strahlung von der Abbildungsoptik 24 erfasst und auf eine Kamera 34 eines Bildschirms 38 gerichtet, der eine Zielpunktmarkierung 36 aufweist. Beim Stand der Technik ist das bestrahlte Objekt ein entferntes Testziel 26. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Objekt das optische
Hilfselement 56.
In einem vierten Schritt 106 wird der von der Kamera 34 erzeugte Strahlungsfleck als Ist-Treffpunkt 40 auf dem Bildschirm 38 dargestellt.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die Figur 5 eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Strahlenwaffe
erläutert .
Die Wirkstrahloptik 22 und die Abbildungsoptik 24 weisen als gemeinsamen Bestandteil den Ablenkspiegel 32 auf, der so angeordnet und ausgerichtet ist, dass er vom ersten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 her einfallende
Primärstrahlung in Richtung zur ersten Teleskopoptik 46 reflektiert und aus der Richtung vom optischen Hilfselement 56 her einfallende reflektierte Strahlung zum ersten
Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 reflektiert.
Der erste Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 richtet wenigstens einen Teil der vom Ablenkspiegel 32 her
einfallenden reflektierten Strahlung auf wenigstens eine Kamera 34, 34' der Abbildungsoptik.
Die Abbildungsoptik weist eine erste Kamera 34 und eine zweite Kamera 34 ' und einen zweiten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 64 auf, der vom ersten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 20 her einfallende reflektierte Strahlung in einen reflektierten Anteil und einen transmittierten Anteil trennt .
Die erste Kamera 34 ist so angeordnet, dass sie mit dem reflektierten Anteil beleuchtbar ist, und die zweite Kamera 34' ist so angeordnet, dass sie mit dem transmittierten Anteil beleuchtbar ist.
Die Ausrichtung des Ablenkspiegels 32 ist in einer
Ausgestaltung manuell oder automatisch verstellbar. Ein optisches Element 66 ist zwischen dem ersten Wellenlängen oder Strahl-Teiler 20 und einem Umlenkspiegel 68
angeordnet. Ein weiteres optisches Element 70 ist zwischen dem Umlenkspiegel 68 und dem zweitem Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 64 angeordnet. Ein zweiter Umlenkspiegel 72 ist zwischen dem zweiten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler 64 und der ersten Kamera angeordnet. Die optischen Elemente können jeweils als Linse oder als sphärische Spiegel verwirklicht sein. Die Teleskopoptiken, Kollimationsoptiken und Abbildungsoptiken können ebenfalls jeweils als Linsen oder sphärische Spiegel verwirklicht sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts (26) einer eine Wirkstrahloptik (22) und eine
Abbildungsoptik (24) aufweisenden Strahlenwaffe (10), wobei eine Abstrahlung von durch die
Wirkstrahloptik (22 ) zu fokussierender und zu
richtender Primärstrahlung der Strahlenwaffe (10) als Wirkstrahl (28) oder Hilfsstrahl ausgelöst wird und von einem mit dem Wirkstrahl (28) oder Hilfsstrahl bestrahlten Objekt ausgehende Strahlung von der
Abbildungsoptik (24) erfasst und auf eine Kamera (34) eines Bildschirms (38) gerichtet wird, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Strahlbündelquerschnitt eines aus der Strahlenwaffe (10) austretenden Wirkstrahls (28) oder Hilfsstrahls mit einem den Wirkstrahl (28) oder Hilfsstrahl reflektierenden optischen
Hilfselement (56) abgedeckt wird, die Auslösung des Wirkstrahls (28) oder des Hilfsstrahls bei abgedecktem Strahlbündelquerschnitt erfolgt, und dass von dem reflektierenden optischen Hilfselement (56)
reflektierte Primärstrahlung des Wirkstrahls (28) oder des Hilfsstrahls von der Abbildungsoptik (24) erfasst und auf einen Fleck der Kamera (34) gerichtet wird, welcher Fleck als Treffpunkt (40) auf dem Bildschirm (38) dargestellt wird.
2. Strahlenwaffe (10), die eine Wirkstrahloptik (22) und eine Abbildungsoptik (24) aufweist und zur Darstellung der Lage eines Treffpunkts (26) der Strahlenwaffe (10) eingerichtet ist, wobei die Wirkstrahloptik (22) dazu eingerichtet ist, als Wirkstrahl (28) oder Hilfsstrahl abzustrahlende Primärstrahlung der Strahlenwaffe (10) zu fokussieren und auszurichten, und wobei die
Abbildungsoptik (24) dazu eingerichtet ist, von einem mit dem Wirkstrahl (28) oder dem Hilfsstrahl
bestrahlten Objekt ausgehende Strahlung zu erfassen und auf eine Kamera (34) zu richten, dadurch
gekennzeichnet, dass die Strahlenwaffe (10) ein optisches Hilfselement (56) aufweist, mit dem ein Strahlbündelquerschnitt eines aus der Strahlenwaffe (10) austretenden Wirkstrahls (28) oder Hilfsstrahls abdeckbar ist, und mit dem aus der Strahlenwaffe (10) heraus gerichtete Primärstrahlung reflektierbar ist, und dass die Abbildungsoptik (24) dazu eingerichtet ist, von dem reflektierenden optischen Hilfselement (56) reflektierte primäre Strahlung des Wirkstrahls (28) oder des Hilfsstrahls zu erfassen und auf einen Fleck der Kamera (34) zu richten und den Fleck als Treffpunkt (40) auf dem Bildschirm (38) darzustellen.
3. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet dass die Strahlenwaffe (10) eine
Primärstrahlungsquelle (12) und wenigstens einen ein erstes Ende (14) und ein zweites Ende (16)
aufweisenden strahlungsleitenden Festkörper (18) sowie einen Wellenlängen- oder Strahl-Teiler (20) aufweist, der ein gemeinsamer Bestandteil der Abbildungsoptik (24) und der Wirkstrahloptik (22) ist, wobei das erste Ende (14) relativ zu der Primärstrahlungsquelle (12) so angeordnet ist, dass von der Primärstrahlungsquelle (12) emittierte Primärstrahlung über das erste Ende (14) in den Festkörper (18) einkoppelbar ist und über das zweite Ende (16) aus dem Festkörper (18)
auskoppelbar ist und dass der Wellenlängen- oder
Strahl-Teiler (20) in einem Strahlengang der
auskoppelbaren Primärstrahlung so angeordnet ist, dass er mit der auskoppelbaren Primärstrahlung beleuchtbar ist .
4. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wirkstrahloptik (22) und die Abbildungsoptik (24) als weitere gemeinsame
Bestandteile optische Elemente aufweisen, die zwischen dem Wellenlängen- oder Strahl-Teiler (20) und einer Wirkstrahlaustrittsöffnung (44) der Strahlenwaffe (10) liegen .
5. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die optischen Elemente eine gemeinsame optische Achse (51) aufweisen.
6. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 5 dadurch
gekennzeichnet, dass zu den weiteren gemeinsamen optischen Elementen wenigstens eine erste
Teleskopoptik (46) und eine zweite Teleskopoptik (48) gehört .
7. Strahlenwaffe (10) nach einem der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Hilfselement (56) ein ebener Spiegel (58) ist, der senkrecht zu der optischen Achse (51) angeordnet ist.
8. Strahlenwaffe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Hilfselement (56) wenigstens einen Retroreflektor (60) aufweist, der dazu eingerichtet ist, einfallende Primärstrahlung als reflektierte und in zu Richtungen der einfallenden Primärstrahlung entgegengesetzte Richtungen zu
reflektieren .
9. Strahlenwaffe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstrahloptik (22) und die Abbildungsoptik (24) als weiteren gemeinsamen Bestandteil einen Ablenkspiegel (32) aufweisen, der so angeordnet und ausgerichtet ist, dass er vom
Wellenlängen- oder Strahl-Teiler (20) her einfallende Primärstrahlung in Richtung zur
Wirkstrahlaustrittsöffnung (44) reflektiert und aus der Richtung vom optischen Hilfselement (56) her einfallende reflektierte Strahlung zum Wellenlängen oder Strahl-Teiler (20) reflektiert.
10. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wellenlängen- oder Strahl- Teiler (20) wenigstens einen Teil der vom
Ablenkspiegel (32) her einfallenden reflektierten Strahlung auf wenigstens eine Kamera (34) der
Abbildungsoptik (24) richtet.
11. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (24) eine erste Kamera (34) und eine zweite Kamera (34') und einen zweiten Wellenlängen- oder Strahl-Teiler (64) aufweist, der vom Wellenlängen- oder Strahl-Teiler (20) her einfallende reflektierte Strahlung in einen reflektierten Anteil und einen transmittierten Anteil trennt und dass die erste Kamera (34) so angeordnet ist, dass sie mit dem reflektierten Anteil beleuchtbar ist und dass die zweite Kamera (34') so angeordnet ist, dass sie mit dem transmittierten Anteil
beleuchtbar ist.
12. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des
Ablenkspiegels (32) manuell oder automatisch
verstellbar ist.
13. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass ein optisches Element (66) (Linse oder sphärischer Spiegel) zwischen dem Wellenlängen oder Strahl-Teiler (20) und einem Umlenkspiegel (68) angeordnet ist und dass ein weiteres optische Element (70) (Linse oder sphärischer Spiegel) zwischen dem Umlenkspiegel (68) und dem zweitem Wellenlängen- oder Strahl-Teiler (64) angeordnet ist und dass ein zweiter Umlenkspiegel (72) zwischen dem zweiten Wellenlängen oder Strahl-Teiler (64) und der ersten Kamera (34) angeordnet ist.
14. Strahlenwaffe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (24) und die Wirkstrahloptik (22) in einem Gehäuse (50) angeordnet sind, dass eine einen Austritt von
Strahlung aus dem Gehäuse (50) und einen Eintritt von
Strahlung in das Gehäuse (50) erlaubende
Wirkstrahlaustrittsöffnung (44) aufweist und dass das optische Hilfselement (56) in Form eines die
Wirkstrahlaustrittsöffnung (44) verschließenden
Deckels an einem Rand der Wirkstrahlaustrittsöffnung
(44) befestigbar ist.
15. Strahlenwaffe (10) nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Hilfselement (56) unverlierbar und mittels eines Gelenks (62) klappbar befestigt ist, wobei das optische Hilfselement (56) in einer ersten Klappstellung die
Wirkstrahlaustrittsöffnung (44) freilässt und in einer zweiten Klappstellung die Wirkstrahlaustrittsöffnung (44) verschließt.
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