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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der
Beobachtung sowie der Erzeugung von Bildern in einem
Infrarotstrahlungsband und betrifft insbesondere ein optronisches System mit
automatischer Ausrichtung für die Beobachtung in einen solchen
Band.
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Derartige an Bord eines Flugzeuges installierte optronische
Systeme führen eine Winkelverfolgung mit Hilfe von passiven
Tagund Nachtbilderzeugungen durch, wobei jeweils Röhren vom Typ
Vidicon oder Fernsehröhren für die sichtbaren Strahlungen und
Röhren vom Typ FLIR ("Forward Locking Infra-Red" =
Bilderzeugung im Infrarotbereich in der englischen Terminologie) für die
Infrarotstrahlungen verwendet werden.
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Mit Hilfe dieser Bilderzeugungen ist es möglich, an
Servomechanismen zur Positionsregelung Winkelinformationen bezüglich des
Abstandes zwischen der Richtung des Zieles und der Richtung der
Zielachse weiterzugeben. Im Falle von optronischen Systemen
durch laserstrahlgeführte Zielansprache wird die Richtung der
Zielachse ferner mit der Laserbeleuchtungsachse verschmolzen,
das Ziel wird infolgedessen genau von dem Laser beleuchtet.
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Die Erfindung, die auf jedes optronisches
Infrarot-Beobachtungssystem anwendbar ist, wird in Anwendung auf eine
optronische lasergeführte richtungsweisende Zelle mit mehreren
optischen Kanälen eingehender beschrieben und dargestellt.
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Die optomechanische Struktur der herkömmlichen lasergeführten
richtungsweisenden Zellen enthält im typischen Fall, wie er
schematisch in Figur 1 dargestellt ist, ein multispektrales
Eingangsfenster 1 sowie einen gemeinsamen optischen Kanal,
welcher durch ein erstes kreiselstabilisiertes optisches
Kopfsystem 2, wie beispielsweise einer hier dargestellten Schaltung
vom Typ Cassegrain, um eine Winkelverschiebung entsprechend
zweier Achsen (Seitenwinkel / Höhenwinkel) zu gewährleisten,
sowie durch ein zweites optisches Bildversatzsystem mit 3, 4
oder 5 Spiegeln, um die Endposition des Zentrums des Bildes in
einer Erfassungsebene beizubehalten, definiert ist; die
Trennung des Infrarotkanales, des Kanals für sichtbares Licht sowie
des Laserkanales erfolgt anschließend lediglich auf Grund von
Trennmitteln M1 und M2. Es kann eventuell ein
Laser-Entfernungsmessungskanal vorgesehen werden. Der aus dem Laser L
austretende Zielstrahl, welcher in Figur 1 mittels eines
Doppelpfeiles dargestellt ist, wird mit Hilfe eines Adapters 4
kollimiert, bevor er auf den gemeinsamen optischen Kanal
ausgerichtet wird. Der einfallende Beobachtungsstrahl, welcher durch
einen einfachen Pfeil dargestellt ist, wird duch Fokussierung an
der thermischen Kamera CT, der Röhre T sowie eventuell dem
Laser-Entfernungsmesser TL, nach Trennung (Spiegel M1, M2 und M3)
und Fokussierung (Linse L1, L2 und L3) jeweils des
Infrarotkanales, des Kanals für sichtbares Licht sowie des Laserkanales
analysiert.
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Dieser Typ von optomechanisch-optronischer Struktur, die
beispielsweise in dem Patent US 3 854 821 wiederzufinden ist, wird
in ein in Form einer unter dem Flugzeug angebrachten
zylindrischen Zelle ausgebildetes Gestell übertragen.
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Es wurden zudem weitere Zellen mit getrennten optischen Kanälen
realisiert, wobei jeder Kanal ein Fenster, ein optisches
Kopfsystem sowie ein optisches Bildversatzsystem enthält.
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Unter diesen Bedingungen liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe eines optronischen Infrarot-Beobachtungssystem mit
automatischer Ausrichtung zugrunde, welches für eine
lasergeführte richtungsweisende Zelle mit mehreren optischen Kanälen
bestimmt ist, wobei die Kanäle voneinander getrennt oder
miteinander verschmolzen sind.
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Nun besteht aber ein optronischen Infrarot-Beobachtungssystem
aus komplexen und empfindlichen optomechanischen Elementen. Es
ist folglich von Vorteil, in einer vorangehenden
Selbstausrichtungs-Phase die Gesamtheit der in dem Infraroterfassungskanal
eingesetzten Elemente im ganzen zu testen.
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Eine derartige automatische Ausrichtung kann durch Zurückführen
des Bildes des Infrarotdetektors auf sich selbst realisiert
werden. Der auf diese Weise ausgenutzte Effekt (er wird als
"Narziß-Effekt" bezeichnet) ist ein Störeffekt, dem für
gewöhnlich entgegengewirkt wird, da er ein Nebenbild erzeugt, das
das verwendbare Bild verdeckt. Ein derartiges optronisches
System mit automatischer Ausrichtung ist aus dem Dokument
EP-A-217692 bekannt. Der Rückübertragungsspiegel ist jedoch
nicht einklappbar.
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Das optronische Infrarot-Beobachtungssystem mit automatischer
Ausrichtung gemäß der Erfindung mit einem Fenster, das für eine
Strahlung in einem Infrarotband durchlässig ist und von einer
Haube getragen ist, einem optischen System zum Ablenken und
Erzeugen von Bildern mit einer optischen Achse, die senkrecht zu
diesem Fenster verläuft, und einem in dem Infrarotband
empfindlichen Detektor, ist dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein
die Strahlung in dem Infrarotband reflektierendes Element
enthält, das auf der gleichen Haube befestigt ist, und Mittel zum
Kippen der Haube in der Weise, daß das reflektierende Element
senkrecht zu der optischen Achse eingestellt wird, um die
automatische Ausrichtung durch Zurückführen des Bildes des
Photodetektors auf sich selbst zu bewirken.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe einer lasergeführten
Zielansprachezelle zugrunde, die ein derartiges
Infrarot-Beobachtungssystem mit automatischer Ausrichtung enthält.
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Weitere Eigenschaften sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nun folgenden Beschreibung, unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen hevor, hierin zeigen:
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- Figur 1 ein Schema, welches die verschiedenen Elemente eines
bekannten lasergeführten richtungsweisenden Systems mit
gemeinsamen optischen Kanal (bereits erläutert) darstellt;
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- die Figuren 2a, 2b sowie 2c die Struktur der Vorrichtung mit
automatischer Ausrichtung gemäß der Erfindung, für ein
lasergeführtes richtungsweisendes System mit mehreren
optischen Kanälen entsprechend einer ersten Schnittebene jeweils
vor und nach dem Kippen der Folgehaube (Figuren 2a und 2b)
und entsprechend einer zu der vorhergehenden senkrecht
Verlaufenden Schnittebene (Figur 2c);
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- Figur 3 ein Schema, welches die unterschiedlichen von dem
System gemäß der Erfindung kontrollierten Elemente sowie
dessen eine derartige Vorrichtung bildenden Mittel
darstellt.
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Die Figuren 2a sowie 2c zeigen deutlich die Struktur einer
lasergeführten richtungsweisenden Zelle mit mehreren optischen
Kanälen, die mit einem erfindungsgemäßen optronischen Infrarot-
Beobachtungssystem ausgestattet ist, wobei diese zwei Figuren
orthogonalen Schnittebenen entsprechen.
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In dieser Struktur setzt sich die Peil- und Zielerfassungs-
Kette bekannten Typs zusammen aus:
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- einer kugelförmigen Folgehaube 5, auf welcher zwei
Eingangsfenster HL und HI gegenüber von zwei brennpunktlosen
optischen Köpfen 6 und 7 zum Ablenken der optischen Achse
jeweils für den Kanal für sichtbares Licht bzw. Laserlicht und
den Infrarotkanal angebracht sind. Diese zwei Köpfe 6 und 7
sind innerhalb der Haube 5 auf ein und demselben Gehäuse 8
übereinanderliegend befestigt, das mit Hilfe von Motoren MS
und MG in Verschiebung in Richtung des Höhen- bzw.
Seitenwinkels ist; weitere Motoren MS' und MG', die für eine
Verschiebung in Richtung des Höhen- bzw. Seitenwinkels sorgen
und die sich weiterhin in Gleichlauf mit den
Verschiebemotoren des Gehäuses 8 befinden, gewährleisten die
Bewegungsfolge der Folgehaube 5;
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- einem Körper 10 mit zwei optischen Bildversatzeinheiten 11
und 12, die aus jeweils in dem sichtbaren Kanal bzw.
Laserkanal und dem Infrarotkanal angeordneten Rückübertragungs
- sowie Fokussierspiegeln gebildet sind, einer optischen Bank,
welche einerseits aus einer Laserzielquelle L sowie
eventuell einer (nicht dargestellten) Röhre sichtbarer Bilder
und andererseits aus einer thermischen Kamera CT besteht.
Die Gesamtheit dieser Elemente ist mit Hilfe von Dämpfern 14
im Inneren der Hülle 10 aufgehängt und an einer sich um die
Längsachse drehende Rakete befestigt, die eine Drehbewegung
um die Längsachse der gesamten optomechanischen Vorrichtung
mittels des Ringmotors gewährleistet. Das Fenster HI, der
brennpunktlose optische Kopf 7, die gesamte
Versatzvorrichtung 12 sowie der Infrarotdetektor bilden das optronische
Infrarot-Beobachtungssystem der Zelle.
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Die Struktur der richtungsweisenden Zelle ermöglicht es, die
optomechanischen Elemente aufgrund der Positionierung der
Aufhängung vollständig vor den äußeren Beanspruchungen
(Erschütterung, thermodynamische Effekte) zu schützen und ermöglicht
weiterhin durch die Kombination der Höhenwinkelbewegung und
Drehbewegung, die optischen Achsen (Laser-Ziellinie und
Bilderzeugung im sichtbaren Bereich bzw. im Infrarotbereich)
praktisch in dem gesamten Raum abzulenken.
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Die automatische Ausrichtung des optronischen
Infrarot-Beobachtungssystemes erfolgt dadurch, daß auf dem Infrarotlichtweg ein
reflektierendes Element eingefügt wird, um das Bild des
Infrarotdetektors unter Anwendung des Narziß-Effektes zu diesem
selbst zurückzuführen. Das erfaßte Bild wird elektronisch
analysiert und an einem Anzeigesystem beobachtet.
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Das reflektierende Element kann ein einklappbares Element, wie
beispielsweise ein schwenkbarer Spiegel sein, der auf dem
Lichtweg des Infrarotkanales eingefügt würde. Das Anbringen
sowie das Vorhandensein eines derartigen Spiegels wirft jedoch
zahlreiche Probleme auf, wie beispielsweise eine zusätzliche
bewegliche Trägerstruktur, ein System zur Mitnahme sowie zum
Steuern dieser Struktur, übermäßigen Raumbedarf, genaue
Einstellung des Spiegels, etc. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel wird bei dem optronischen Infrarot-Beobachtungssystem
als einklappbares Element ein auf der Haube der einen
Infrarotsowie einen Laserkanal aufweisenden Zelle befestigtes Element,
nämlich sein Laser-Eingangsfenster eingesetzt. Durch die
Verwendung eines solchen Fensters werden die angesprochenen
Probleme vermieden: in der Phase der Selbstausrichtung wird die
Haube - wie dies in Figur 2b dargestellt - gekippt, diese Figur
zeigt lediglich die Eingangshaube sowie die in ihr enthaltenen
Elemente; das Fenster HL wird senkrecht zu der optischen Achse
des brennpunktlosen Eingangssystems des Infrarotkanales
ausgerichtet, indem an die Steuereinheit U ein Sollwert geschickt
wird, der die angemessene Winkelverschiebung der Folgehaube 5
mit Hilfe des Höhenwinkelmotors MS' der Folgehaube steuert.
Durch Autokollimation des Lichtstrahles auf das Fenster HL kann
das eigene kalte Bild des Infrarotdetektors somit auf einem
wärmeren Untergrund analysiert werden. Die Durchführung einer
derartigen, nicht mit der Drehbewegung der Mittel zur optischen
Ablenkung synchronisierten Rotation der Folgehaube ist unter
anderen Umständen vorgesehen, indem genau diese Kippmittel
eingesetzt werden: auf diese Weise können die Fenster, wenn die
Zelle nicht im Einsatz befindlich ist, zum Schutz (feindliche
Umwelt, Niederschlagserosion,...) nach hinten verlagert werden.
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Die Mittel zum Analysieren des Bildes des Detektors in der
Phase der Selbstausrichtung sind unter Bezugnahme auf Figur 3
dargestellt; sie enthalten durch Anschluß an die thermische
Kamera CT:
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- einerseits ein Entfernungsmessungssystem 15, das den Abstand
zwischen der idealen Position des Bildes des
Infrarotdetektors in dem System und seiner tatsächlichen Position
berechnet;
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- andererseits einen Anzeigeschirm 16 nach dem Durchlaufen des
von der Kamera CT gelieferten Signals durch eine
elektronische Schaltung 17 zur Umsetzung in den Videomodus, wobei
dieser Schirm 16 eine visuelle Prüfung des Bildes des
Infrarotdetektors im Vergleich zu dem übrigen Bild aufgrund des
bedeutenden Temperaturunterschiedes ermöglicht.
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Auf diese Weise wird auf der einen Seite jeder Fehler oder jede
Verformung der optischen Systeme zur Steuerung der optischen
Achse (optische Bildversatz- und Fokussiersysteme 12) und auf
der anderen Seite jeder Fehler der elektronischen Systeme
(thermische Kamera CT, Videoverarbeitungsschaltung 17) erfaßt.
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Die erste Reihe von Fehlern optischer Art wird durch die von
dem Entfernungsmessungssystem M berechneten Positionsabstände
des Infrarotdetektors offensichtlich; um diese Fehler zu
korrigieren, sendet das Enfernungsmessungssystem 15 ein
Abstandssignal an eine Ausrichtungs-Steuerschaltung, entweder eine
Schaltung zur Steuerung der Motoren zum Verschwenken des
Gehäuses 8 in Richtung des Höhen- bzw. Seitenwinkels oder diejenige
eines einstellbaren Spiegels des optischen Versatzsystems 12,
wie beispielsweise eines auf piezoelektrischen Unterlagen
befestigten Spiegels.
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Die zweite Reihe von Fehlern elektronischer Art resultiert aus
dem Pegel des übertragenen und durch Anzeige auf dem Schirm 15
geprüften Videosignales. Es ist somit möglich, das mangelhafte
Funktionieren einer Zelle des Infrarotdetektors direkt auf dem
Schirm zu erfassen oder einen Fehler eines Elementes der
elektronischen Verarbeitungskette (Probenehmer, Filter, Verstärker)
indirekt durch den Umkehrungstest des Schwarz/Weiß-Kontrastes
ausfindig zu machen.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt: das Infrarot-Beobachtungssystem
mit automatischer Ausrichtung gemäß der Erfindung ist auf jedes
Infrarot-Überwachungssystem anwendbar. Es ist insbesondere bei
einem Infrarot-Überwachungssystem, das keinen Laserkanal und
infolgedessen kein Laserfenster aufweist, notwendig, ein
zusätzliches auf der Haube befestigtes, die Infrarotstrahlung
reflektierendes Element sowie, wie im Falle des bereits
beschriebenen Systems, die Mittel zum Kippen der Haube vorzusehen, um
den Spiegel senkrecht zu der optischen Infrarotachse für die
Selbstausrichtung einzustellen.