DE2722796C3

DE2722796C3 - Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Achsen mehrerer optischer Geräte parallel zueinander

Info

Publication number: DE2722796C3
Application number: DE19772722796
Authority: DE
Inventors: Roderich 8000 Muenchen Rueger
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1981-12-03
Also published as: FR2391482A1; DE2722796A1; GB1603144A; FR2391482B1; DE2722796B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Achsen mehrerer optischer Geräte parallel zueinander, wobei mindestens eines der Geräte ein im IR-Spektralbereich und hier bei einer bestimmten Frequenz (Arbeitsfrequenz) maximal empfindliches Gerät, insbesondere ein Wärmebildgerät ist, wobei mittels an den Geräten vorgesehenen Justiermittel die optischen Achsen aller Geräte auf einen gemeinsamen, quasi im Unendlichen liegenden Richtpunkt ausrichtbar sind und für das IR-Gerät eine das Bild des Richtpunktes simulierende, Licht im sichtbaren und im IR-Spektralbereich abstrahlende Punktlichtquelle vorgesehen ist.

Bei der Fernlenkung etwa von Panzerabwehrflugkörpern werden heute im allgemeinen sogenannte semiaktive Lenkungen verwendet; hierbei richtet ein Lenkschütze ein Visiergerät, im allgemeinen ein Periskop, ständig auf das zu bekämpfende Ziel und führt es diesem nach, während die Ablage des Flugkörpers von der Verbindungslinie Visiergerät — Ziel automatisch durch ein Goniometer am Lenkstand ermittelt und dem Flugkörper aufgrund dieser Ablage Lenksignale zur Rückführung des Flugkörpers auf den Sollkurs übermittelt werden. Der Flugkörper trägt hierzu an seinem Heck einen pyrotechnischen Leuchtsatz, dessen Strahlung vom Goniometer aufgenommen und zur Bildung der erwähnten Korrektursignale an den Flugkörper herangezogen wird.

Vorzugsweise bei Nachteinsätzen wird zur Erfassung und Verfolgung des Zieles ein Wärmebildgerät an Stelle oder in Verbindung mit dem Visiergerät verwendet,

ίο Abgesehen von subjektiven Fehlern des Lunkschützen wird die Treffergenauigkeit des Flugkörpers vermindert, wenn die optischen Achsen von Visiergerät und Goniometer nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.

Aus der DE-PS 23 21 059 ist es bekannt, die optischen Achsen eines Visiergerätes und eines im IR-Spektralbereich arbeitenden Goniometers dadurch auszurichten, daß zunächst über das Visiergerät ein quasi im Unendlichen liegender Richtpunkt anvisiert wird. Auf die Ausblicköffnung des Goniometers ist eine Prüfeinrichtung mit einem Okularsystem aufgesteckt, mit dem der von dem Visiergerät angepeilte Richtpunkt ebenfalls anvisiert wird. Die Prüfeinrichtung weist des weiteren eine Punktlichtquelle, die Licht im sichtbaren und im IR-Spektralbereich abstrahlt, sowie ein Spiegelsystem auf, mit dem das Bild der einen quasi im Unendlichen liegenden Richtpunkt simulierenden Punktlichtquelle <m das Goniometer und in das Okularsystem einspiegelbar ist Die Prüfeinrichtung wird so justiert, daß der über das Okularsystem anvisierte Richtpunkt und der Bildpunkt der Punktlichtquelle im Okularsystem zusammenfallen. Die optische Achse des Goniometers wird danach auf den Bildpunkt der Punktlichtquelle ausgerichtet, so daß jetzt die optischen Achsen des Visiergerätes und des Goniometers parallel sind.

Die optischen Achsen aller Geräte können auf diese Weise nur dann hinlänglich genau ausgerichtet werden, wenn der von dem Visiergerät und der Prüfeinrichtung anvisierte Richtpunkt ausreichend weit von den optischen Geräten entfernt ist, so daß der Richtpunkt als quasi im Unendlichen liegend angesehen werden kann. Die Ausrichtung kann daher nur in freier Natur erfolgen.

Hinzu kommt, daß die vom Goniometer erfaßte Größe des durch die Punktlichtquelle simulierten Richtpunktes im IR-Spektralbereich und hier insbesondere im für Goniometer typischen Spektralbereich zwischen 8 und 12 μ stark durch Beugungseffekte

so beeinflußt wird. Bii mit heute üblichen Panzerabwehrflugkörpern erreichbaren Zielentfernungen zwischen 2 und 4 Kilometern muß eine Ausrichtgenauigkeit der optischen Achsen von Visiergerät und Goniometer von ca. ±0,1 mrad verlangt werden, um die Treffergenauigkeit nicht negativ zu beeinflussen. Für den Spektralbereich mit Wellenlängen um 10 μ kann gezeigt werden, daß die im Goniometer simulierte Richtpunktgröße einen Durchmesser von ca. 2 mrad hat; um die oben genannte Ausrichtgenauigkeit erzielen zu können, müssen entsprechende Vorrichtungen vorgesehen sein, um die optische Achse des Goniometers im simulierten Richtpunkt zu zentrieren, was einen nicht unerheblichen Aufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Parallellelausrichten der optischen Achsen mehrerer optischer Geräte so zu verbessern, daß die Ausrichtung wesentlich vereinfacht wird und auch die optischen Achsen von im IR-Spektralbereich

arbeitenden Geräten sehr genau ausgerichtet werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung als Vorsatzgerät für die optischen Geräte vorgesehen ist, daß die Vorrichtung eine den Richtpunkt für die optischen Geräte ins Unendliche transformierende Optik mit in einen für den sichtbaren und in einen dazu parallel gerichteten, für den IR-Spektralbereich aufgeteilten Strahlengangzweigen aufweist, und daß in dem Strahlengangzweig zwischen Punktlichtquelle und den im IR-Spektralbereich empfindlichen optischen Geräten Filter angeordnet sind, deren Durchlaßfrequenz zwischen der Arbeitsfrequenz der jeweiligen im IR-Spektralbereich empfindlichen Geräte und der von der Temperatur der Punktlichtquelle !abhängigen, von diesen Geräten noch erfaßten höchsten Grenzfrequenz liegt

Die Ausrichtung der optischen Achsen der miteinander verbundenen optischen Geräte erfolgt gemäß der Erfindung durch eine einzige kompakte Vorrichtung, so daß eine Ausrichtung in freier Natur nicht mehr notwendig ist Hierdurch wird die Aasrichtung wesentlich vereinfacht.

Zudem wird auch die Ausrichtgenauigkeit für die optischen Achsen der IR-Geräte auf einfache Weise erhöht Mit der Erfindung wird nämlich ausgenutzt, daß die heute verfügbaren, im IR-Spektralbereich arbeitenden Geräte, also insbesondere Wärmebildgeräte, im oberen, zur Frequenz des sichtbaren Lichtes verschobenen Spektralbereich entsprechend Wellenlängen von Ί bis 2 μ zwar nur Empfindlichkeiten von wenigen Prozent aufweisen, aber doch noch Signale auswerten, wenn nur die Temperatur der den im Unendlicher liegenden Richtpunkt simulierenden Punktlichtquelle wesentlich größer als die Umgebungstemperatur ist. So kann etwa für ein im ΙΟ-μ-Spektralbereich empfindliches Wärmebildgerät ein Filter verwendet werden, dessen Durchlaßfrequenz einer Wellenlänge von etwa 1 bis 2 μ entspricht Wärmebildgeräte haben in diesem Bereich zwar nur etwa 1% ihrer maximalen Empfindlichkeit, können jedoch noch eine Punktlichtquelle detektieren, deren Temperatur etwa 100 K oberhalb der Umgebungstemperatur liegt Als Punktlichtquelle kann etwa eine Glühlampe mit einer Fadentemperatur von ca. 2800 K verwendet werden, die Licht in dem angesprochenen IR-Spektralbereich in zur Detektion ausreichender Intensität abstrahlt Eei den angegebenen Werten beträgt z. B. die Richtpunktgröße im Wärmebildgerät aufgrund der Beugung lediglich etwa 03 mrad, womit sich Ausrichtgenauigkeiten von ±0,1 mrad sehr genau erzielen lassen. Da die Punktlichtquelle auch Licht im sichtbaren Licht abstrahlt, können hiermit auch die optischen Achsen der anderen optischen Geräte ausgerichtet werden.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch eine Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Achsen zweier optischer Geräte parallel zueinander gemäß dor Erfindung dargestellt ist

Eine Vorrichtung 1 zum Ausrichten der optischen Achsen 2 und 3 eines hier nur angedeuteten Visiergerätes 4 und eines ebenfalls nur schematisch dargestellten Wärmebildgerätes 5 weist eine Punkilichtquelle 6 auf, die auf der Achse 7 im Brennpunkt eines

Kollimators 8 angeordnet ist Das Wärmebildgerät ist im Spektralbereich um 10 μ maximal empfindlich; die dieser Wellenlänge entsprechende Frequenz wird weiterhin als Arbeitsfrequenz bezeichnet

Die Punktlichtquelle, die sichtbares und im vom Wärmebildgerät erfaßten Frequenzbereich liegendes Licht abgibt, wird über geeignete Umlenkelemente 9 und 10, wie Prismen oder Tripelspiegel, in die Geräte 4 und 5 eingeblendet und in diesen als um Unendlichen liegender Richtpunkt abgebildet Mit hier nicht riargestellten Justierungsmitteln werden die optischen Achsen 2 und 3 der Geräte 4 und 5 jeweils auf den Richtpunkt eingestellt, so daß danach die Achsw 2 und 3 zueinander parallel sind.

In den Strahlengang zwischen der Punktlichtquelle 6 und dem Wärmebildgerät 5 ist ein Filter 11 angeordnet, das Strahlung im Bereich von 1—2 μ durchläßt Die Durchiaßfrequenz des Filters 11 liegt daher zwischen der Arbeitsfrequenz des Wärmebildgerätes und der Frequenz des sichtbaren Lichtes. Das Wärmebildgerät hat in diesem Spektralbereich nur mehr eine Empfindlichkeit von wenigen Prozent gegenüber der maximalen Empfindlichkeit der Richtpunkt kann jedoch ohne weiteres ausgewertet werden, wenn die Punktlichtquelle 6 eine Temperatur von ca. 100 K oberhalb der Umgebungstemperatur hat. In diesem Fall ist die Punktlichtquelle eine Glühlampe mit ca. 2800 K, wobei der Lampenglaskolben bei der Durchlaßfrequenz des Filters 11 bei der hohen Lampenteniperatur noch genügend transparent ist. Läßt man etwa, damit die Eintrittspupillen der optischen Geräte durch den Kollimator 8 nur unwesentlich abgedeckt werden, als Kollimatoreintrittsquerschnitt D einen Querschnitt von ca. 1 cm² zu, so ergibt sich der minimale Durchmesser d der Funklichtquelle im Spektralbereich von 1,5 μ zu

d =

2,44 · Λ
D

wobei λ die Wellenlänge des vom Filter 11 hindurchgelassenen Lichtes ist

so Mit den obigen Werten ergibt sich hiermit eine Richtpunktgröße von ca. 036 mrad, womit sich eine Achsausrichtgenatygkeit von ±0,1 mrad leicht erzielen läßt. Ohne Filter 11 betrüge der minimale Durchmesser d des im Wärmebildgerät 5 abgebildeten Richtpunktes ger/.äE der obigen Formel etwa 2,4 mrad.

Hierzu Ϊ Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Achsen mehrerer optischer Geräte parallel zueinander, wobei mindestens eines der Geräte ein im IR-Spektralbereich und hier bei einer bestimmten Frequenz (Arbeitsfrequenz) maximal empfindliches Gerät, insbesondere ein Wärmebildgerät ist, wobei mittels an den Geräten vorgesehenen Justiermitteln die optischen Achsen aller Geräte auf einen gemeinsamen, quasi im Unendlichen liegenden Richtpunkt ausrichtbar sind und für das IR-Gerät eine das Bild des Richtpunktes simulierende, Licht im sichtbaren und im IR-Spektralbereich abstrahlende Punktlichtquelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) als Vorsatzgerät für die optischen Geräte (4, 5) vorgesehen ist, daß die Vorrichtung (1) eine den Richtpunkt für die optischen Geräte (4, 5) ins Unendliche transformierende Optik (8,9,10) mit in einen für den sichtbaren und in einen dazu parallel gerichteten, für den IR-Spektralbereich aufgeteilten Strahlengangzweigen aufweist, und daß in dem Strahlengangzweig zwischen Punktlichtquelle und den im IR-Spektralbereich empfindlichen optischen Geräten (5) Filter (It) angeordnet sind, deren Durchlaßfrequenz zwischen der Arbeitsfrequenz der jeweiligen im IR-Spektralbereich empfindlichen Geräte und der von der Temperatur der Punktlichtquelle abhängigen, von diesen Geräten noch erfaßten höchsten Grenzfrequenz liegt (vgl. Figur).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aibeitsfrequenz der im IR-Frequenzbereich ai behenden optischen Geräte (5) entsprechend dem Spektr*.bereich von 10 μ die Durchlaßfrequenz der Filter (11) dem Bereich 1 —2 μ entspricht und die Punktlichtquelle in den Spektralbereichen der auszurichtenden Geräte (4, 5) zur Detektion genügend Energie abstrahlt und vorzugsweise eine Glühlampe ist