DE3438544C2

DE3438544C2 -

Info

Publication number: DE3438544C2
Application number: DE19843438544
Authority: DE
Inventors: Peter 7777 Salem De Giesenberg; Berthold Dipl.-Ing. 7762 Bodman De Weber
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1984-10-20
Filing date: 1984-10-20
Publication date: 1987-12-17
Also published as: DE3438544A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen optischen Sucher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Solche optischen Sucher finden insbesondere Anwendung bei zielsuchenden Flugkörpern, beispielsweise Luft- Luft- Ra keten. Es wird dabei ein Gesichtsfeld abgetastet. Aus den dabei erhaltenen Signalen wird beispielsweise die Ablage eines Ziels von der Achse des Suchers bestimmt. Dadurch wird der Sucher mit seiner Achse auf das Ziel ausgerich tet.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Ein Sucher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist Gegenstand der EP-OS 79 684.

Bei diesem bekannten Sucher wird ein Gesichtsfeld längs eines rosettenförmigen Weges abgetastet. Der Sucher ent hält ein optisches Abbildungssystem, das nach Art eines Cassegrain- Systems ausgebildet ist mit einem ringförmigen Hohlspiegel als Primärspiegel und einem diesem gegenüber liegenden Planspiegel als Sekundärspiegel. Das optische System sitzt auf einem Rotor, der um seine Figurenachse umläuft und durch eine kardanische Lagerung mit seiner Fi gurenachse in zwei Freiheitsgraden um einen Mittelpunkt verschwenkbar ist. Das Gesichtsfeld wird über den Hohl spiegel und den Planspiegel sowie über einen weiteren, dem Planspiegel gegenüberliegenden, ringförmigen Spiegel und noch einen Planspiegel in einer ersten Bildebene abgebil det. Die erste Bildebene wird über ein Linsensystem mit einer ersten, gesichtsfeldseitigen Linse und einer zwei ten, dem Gesichtsfeld abgewandten Linse in einer zweiten Bildebene abgebildet, in welcher der Detektor sitzt. Zwi schen den beiden Linsen ist der Strahlengang parallel. Die zweite Bildebene liegt in der hinteren Brennebene der zweiten Linse. Beide Linsen sind dabei Sammellinsen, deren optische Achsen mit der Rotorachse zusammenfallen. Der be sagte weitere ringförmige Spiegel sitzt an einer die erste und die zweite Linse aufnehmenden Fassung. Das Linsen system mit der ersten und der zweiten Linse dient dazu, das Gesichtsfeldbild in die durch den Mittelpunkt gehende Ebene zu verlagern, ohne daß bei größeren Schielwinkeln eine Vignettierung des Abbildungsstrahlenganges eintritt.

Auf der Fassung ist der Rotor um seine Figurenachse dreh bar gelagert. Das Linsensystem ist somit bei einer Schwenkbewegung des Rotors stets zu der Figurenachse des Rotors ausgerichtet. Die Fassung ist mit dem Rotor über ein Planetengetriebe gekoppelt. Dieses Planetengetriebe enthält Planetenradglieder in Form von Kugeln, die in ei nem am lnnenrahmen der kardanischen Lagerung vorgesehenen Käfig gehalten sind. Diese Kugeln liegen einerseits an dem Rotor und andererseits an der Fassung reibend an. Die Ku geln wirken dann wie Planetenräder eines Planetengetrie bes, die Fassung bildet das Sonnenrad und der Rotor bildet ein Hohlrad. Dieses Planetengetriebe bewirkt eine Drehzahlübersetzung. Der Sekundärspiegel läuft schneller als der Rotor.

Der Sekundärspiegel des Cassegrain- Systems ist leicht ge gen die Rotorachse geneigt, um die der Rotor umläuft. Das ergibt eine kreisende Abtastbewegung mit der Rotordreh zahl. Ebenso ist der ringförmige Spiegel an der Fassung des Linsensystems etwas gegen die Rotorachse geneigt. Das liefert eine der ersten Abtastbewegung überlagerte krei sende Abtastbewegung höherer Drehzahl. Durch die beiden Spiegel wird erreicht, daß jeder Punkt des Gesichtsfeld bildes relativ zu dem Detektor eine rosettenförmige Bahn beschreibt.

Die dabei erhaltenen Signale können dazu dienen, die Abla ge eines Zieles von der Achse des Suchers, d.h. der Rotor achse zu bestimmen und den Rotor mit der Rotorachse auf das Ziel auszurichten. Der umlaufende Rotor bildet dabei einen gegenüber dem Flugkörper in zwei Freiheitsgraden be weglichen Kreisel, dessen Orientierung im Raum von Bewe gungen des Flugkörpers entkoppelt ist.

Der Sucher nach der EP-OS 79 684 ist kompliziert im Auf bau. Das abbildende optische System enthält zusätzlich zu dem Primärspiegel noch zwei weitere Spiegel, den ringför migen Spiegel und den diesem gegenüberliegenden Planspie gel. Das erhöht den Aufwand. Die zusätzlichen Spiegel, die gegeneinander verdrehbar sind, können infolge von Spiel und Toleranzen Winkelfehler hervorrufen. Dabei ist zu beachten, daß sich Winkelfehler bei jeder Reflexion verdoppeln. Solche Winkelfehler führen zu einer Verände rung der abgetasteten Rosette und damit zu Fehlern in der Zuordnung der am Detektor erhaltenen Signale und der Bild punkte des Gesichtsfeldes. Der schnell umlaufende, zur Ro torachse unsymmetrisch angeordnete, ringförmige Spiegel ist in relativ großem Abstand vom Mittelpunkt angeordnet. Dadurch können unerwünschte Unwuchtkräfte auftreten.

Die US-PS 40 09 393 zeigt einen Sucher mit rosettenförmi ger Abtastbahn, bei welchem das abbildende optische System von einer auf dem Rotor angeeordneten Linse gebildet ist. Die optische Achse der Linse verläuft exzentrisch zur Um laufachse des Rotors. Dadurch wird eine kreisende Abtast bewegung mit der Umlaufdrehzahl des Rotors erzeugt. Der Rotor wird über eine Statorwicklung angetrieben. Eine zweite kreisende Abtastbewegung wird erzeugt durch ein Prisma, das im Strahlengang hinter der exzentrischen Linse an einer den Detektor umgebenden, um eine Längsachse dreh baren Hülse sitzt. Diese Hülse wird von einem gesonderten Motor unabhängig von dem Rotor angetrieben. Der Rotor ist dabei über ein Luftlager auf einer Kugel gelagert, die ein Fenster für den Strahlengang aufweist. Der Detektor sitzt im Mittelpunkt der Kugel. Die Hülse mit dem Prisma umgibt einen Träger für den Detektor und ist in der Kugel drehbar gelagert.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sucher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit nur zwei Spiegeln aufzubauen, den Mechanismus für die Roset tenabtastung zu vereinfachen und alle schnell umlaufenden Massen möglichst dicht bei dem Mittelpunkt anzuordnen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzei chen des Patentanspruchs aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Nach der Erfindung wird das Linsensystem, das bei der EP-OS 79 684 nur dazu dient, das Gesichtsfeldbild in eine durch den Mittelpunkt gehende Ebene abzubilden, gleichzei tig ausgenutzt, um die zweite kreisende Bewegung des Ge sichtsfeldbildes zu erzeugen. Das geschieht durch exzen trische Anordnung der zweiten, hinteren Linse des Linsen systems in der Fassung. Da der Strahlengang zwischen den Linsen parallel ist, bewirkt die exzentrische Anordnung der hinteren Linse die kreisende Bewegung. Eine exzentri sche Anordnung der vorderen Linse hätte diese Wirkung nicht. Nach der Erfindung erfüllt also das Linsensysten zugleich zwei Funktionen, die bei der EP-OS 79 684 von verschiedenen optischen Gliedern wahrgenommen werden.

Es erfolgt keine Zwischenabbildung des Gesichtsfeldbildes wie bei der EP-OS 79 684. Vielmehr wird durch eine Zer streuungslinse im konvergenten Strahlengang vom Sekundär spiegel, welche die erste, gesichtsfeldseitige Linse des Linsensystems bildet, der parallele Strahlengang zwischen den Linsen erzeugt. Zusätzliche Spiegel entfallen im Ver gleich zu der EP-OS 79 684 ebenfalls.

Der Wegfall des geneigten, ringförmigen Spiegels gestattet es, alle schnell umlaufenden Teil in der Nähe des Mittel punktes anzuordnen. Diese schnell umlaufenden Teile sind praktisch nur das Linsensystem mit der Fassung.

Die US-PS 40 09 393 zeigt einen von der Erfindung grund sätzlich verschiedenen optischen Aufbau. Eine kreisende Abtastbewegung wird dort durch eine einzige, gesichtsfeld seitig angeordnete, exzentrische Linse erzeugt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch einen Flugkörper und die Abta stung des Gesichtsfeldes längs einer rosettenför migen Bahnkurve.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausfüh rungsbeispiels eines Suchers im Längsschnitt

Fig. 3 zeigt eine konstruktive Ausbildung des Suchers nach Fig. 2.

Ein Flugkörper 10, z. B. eine Luft-Luft-Rakete, trägt an seiner Spitze einen Suchkopf 12 mit einem Sucher. Der Su cher tastet ein Gesichtsfeld 14 längs einer rosettenförmi gen Bahnkurve 16 ab. Der Detektor des Suchers 12 erfaßt dabei in jedem Augenblick einen relativ kleinen Bereich 18. Aus den so erhaltenen Informationen über die Ablage eines Ziels 20 von der Sucherachse wird der Sucher auf das Ziel 20 ausgerichtet. Gleichzeitig wird der Flugkörper 10 von den Ausrichtsignalen so gesteuert, daß er auf einem Kollisionskurs zu dem Ziel 20 fliegt. Die rosettenförmige Abtastung wird durch Überlagerung zweier kreisender Ab tastbewegungen mit einer ersten Drehzahl n ₁ und einer zweiten Drehzahl n ₂ erhalten.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Suchers, der generell mit dem Bezugszeichen 22 versehen ist. Der Sucher 22 ist in dem Suchkopf 12 hinter einem Dom 24 angeordnet. Der Sucher 22 enthält einen Rotor 26, der in bekannter Weise innen durch eine kardanische Lagerung 28 um einen Mittelpunkt 30 mit zwei Freiheitsgraden schwenkbar sowie um eine Rotorachse 32 drehbar gelagert ist. Der Rotor wird durch bekannte und daher hier nicht näher dargestellte Mittel mit einer Rotordrehzahl angetrieben. In der schema tischen Darstellung von Fig. 2 ist von der kardanischen Lagerung nur ein Innenrahmen 34 dargestellt. Der Innenrah men 34 bildet einen zur Rotorachse 32 symmetrischen, man telförmigen Teil. Der Innenrahmen 34 ist um eine Achse 36 schwenkbar, die senkrecht zu der Rotorachse 32 verläuft. Auf dem Innenrahmen 34 ist der Rotor 26 mittels eines La gers 38 um die Rotorachse 32 drehbar gelagert.

Der Rotor 26 enthält einen ringförmigen, massiven Spiegel träger 40, auf dessen dem Dom 24 und dem Gesichtsfeld 14 zugewandter Seite ein ringförmiger Hohlspiegel 42 gebildet ist. Am lnnenrand des Spiegelträgers 40 sitzt ein Gehäuse 44, das sich zu dem Dom 24 hin erstreckt und durch ein Fenster 46, das auch als Linse ausgebildet sein kann, ab geschlossen ist. Zentral auf dem Fenster 46 sitzt ein Hal teglied 48, das einen Planspiegel 50 und eine Sonnenblende 52 trägt. Der Hohlspiegel 42 und der Planspiegel 50 bilden den Primär- und Sekundärspiegel eines als Cassegrain-Sy stem ausgebildeten optischen Abbildungssystems. Der Se kundärspiegel 50 ist um einen Winkel α verkantet. Von dem Rand des Gehäuses 44 erstreckt sich eine trichterförmige Zwischenwand 54 nach innen, die an ihrem unteren Ende das Lager 38 bildet. An das Lager 38 schließt sich ein glok kenförmiger Teil 56 an.

Der lnnenrahmen 34 trägt eine dem Sekundärspiegel 50 zuge wandte erste Linse 58, deren optische Achse mit der Rotor achse 32 zusammenfällt. In einer Fassung 60, die drehbar in dem Innenrahmen 34 gelagert ist, sitzt eine zweite Lin se 62. Während die Fassung 60 konzentrisch zur Rotorachse 32 gelagert ist, ist die Linse 62 exzentrisch in der Fas sung 60 gehaltert. Die optische Achse 64 der zweiten Linse 62 ist daher gegenüber der Rotorachse 32 um eine Exzentri zität e seitlich versetzt.

Die Fassung 60 wird von dem Rotor 26 über ein als Plane tengetriebe ausgebildetes Getriebe 66 angetrieben. Zu die sem Zweck bildet der Rotor 26 an dem glockenförmigen Teil 56 ein Hohlrad 68. Das Hohlrad 68 treibt Planetenräder 70, die in dem Innenrahmen 34 gelagert sind. Die Planetenräder 70 greifen an der Fassung 60 an. Über das Getriebe 66 wird so die Fassung 60 von dem Rotor 26 angetrieben. Da der Rotor 26 mit der Drehzahl n ₁ umläuft, dreht sich die Fas sung 60 mit der Drehzahl n ₂ entgegengesetzt und schneller als der Rotor 26.

Die erste Linse 58 ist als Zerstreuungslinse ausgebildet. Die zweite Linse 62 ist eine Sammellinse. Ein von einem Gesichtsfeldpunkt aus dem Unendlichen einfallendes, paral leles Lichtbündel 72 wird durch den Primärspiegel 42 des Abbildungssystems fokussiert, so daß es als konvergentes Lichtbündel von dem Sekundärspiegel 50 auf die erste Linse 58 reflektiert wird. Die erste Linse 58 ist so als Zer streuungslinse ausgebildet, daß das konvergent einfallende Lichtbündel 72 durch die Linse 58 parallelgerichtet wird. Das parallele Lichtbündel fällt dann auf die zweite Linse 62 und wird in deren Brennebene gesammelt. In dieser Bren nebene, in welcher auch die Achse 36 und der Mittelpunkt 30 liegt, ist ein Detektor 74 angeordnet.

Mit der beschriebenen Anordnung wird eine Abtastung des Gesichtsfeldes längs einer rosettenförmigen Bahnkurve wie folgt erhalten:

Ein parallel zur optischen Achse 64 der Linse 62 einfal lendes Strahlungsbündel wird, wie dargestellt, stets in dem auf der optischen Achse 64 liegenden Punkt der Brenne bene gesammelt. Wenn daher die optische Achse 64 der zwei ten Linse 62 durch ihre exzentrische Anordnung in der Fas sung und durch den Antrieb der Fassung mit der Drehzahl n ₂ eine kreisende Bewegung ausführt, führt auch das Bild des Gesichtsfeldpunktes eine solche kreisende Bewegung aus. Bei einer Neigung des einfallenden parallelen Licht bündels 72 gegenüber der Rotorachse ist auch das parallele Lichtbündel zwischen den beiden Linsen 58 und 62 entspre chend geneigt und wird in einem außerhalb der optischen Achse 64 aber in definierter Lage zu dieser liegenden Bildpunkt gesammelt. Bei der kreisenden Bewegung der opti schen Achse 64 führt somit auch dieser Bildpunkt eine ent sprechend kreisende Bewegung aus.

Durch den Sekundärspiegel 50 wird in üblicher Weise jedes Strahlungsbündel mit der ersten Drehzahl n, die hier gleich der Rotordrehzahl ist, längs eines Kegelmantels ge führt. Das führt ebenfalls zu einer kreisenden Bewegung des dem betreffenden Gesichtsfeldpunkt zugeordneten Bild punktes. Die beiden Abtastbewegungen überlagern sich zu einer Abtastung längs einer rosettenförmigen Bahnkurve. In Fig. 3 ist eine konstruktive Ausführung eines Suchers dargestellt. Entsprechende Teile tragen die gleichen Be zugszeichen wie in Fig. 2. Der Innenrahmen 34 ist um die Achse 36 in einem Außenrahmen 76 gelagert. Der Außenrahmen 76 ist wiederum um eine zu der Achse 36 senkrechte Achse in einem flugkörperfesten, schalenförmigen Teil 78 gela gert. Der Innenrahmen 34 bildet einen rohrförmigen Teil 80, auf welchem der Rotor 26 über Kugellager 82 gelagert ist. Der rohrförmige Teil 80 bildet die Fassung für die erste Linse 58. Die Fassung 60 der zweiten Linse 62 ist zwischen den Planetenrädern 70 gehalten. Das Planetenge triebe ist als Reibtrieb ausgebildet.

Das Fenster 46 wird von einer Linse gebildet, durch welche Abbildungsfehler korrigiert werden, welche insbesondere durch den Dom 24 hervorgerufen werden.

Claims

Optischer Sucher, durch den ein Gesichtsfeld (14) längs einer rosettenförmigen Bahnkurve (16) abtastbar ist, bei welchem
- a) ein Rotor (26) an einem Innenrahmen (34) einer karda nischen Lageranordnung (28) drehbar gelagert ist, der seinerseits um eine durch einen Mittelpunkt (30) ge hende Achse (36) schwenkbar ist,
- b) auf dem Rotor (26) ein optisches Abbildungssystem mit einem dem Gesichtsfeld zugewandten Hohlspiegel als Primärspiegel (42) und einem dem Primärspiegel (42) zugewandten Sekundärspiegel (50) angeordnet ist, dem weitere optische Mittel im Strahlengang nachgeschaltet sind, wobei das Gesichtsfeld (14) und eine durch den Mittelpunkt (30) gehende Fläche in bezug auf das opti sche Abbildungssystem und die weiteren optischen Mit tel optisch konjugiert sind,
- c) durch eine Verkantung eines der besagten Spiegel (50) gegenüber der Rotorachse (32) eine kreisende erste Ab tastbewegung mit der Umlaufdrehzahl des Rotors (26) erzeugt wird,
- d) die besagten weiteren optischen Mittel eine Fassung (60) aufweisen, die in dem Innenrahmen (34) um die Ro torachse (32) drehbar gelagert und von dem Rotor (26) über ein Planetengetriebe (66) mit einer zweiten Dreh zahl (n ₂) antreibbar ist,
- f) das Planetengetriebe (66) ein von der Fassung (60) ge bildetes Sonnenrad, ein von dem Rotor (26) gebildetes Hohlrad (68) und an dem Innenrahmen (34) drehbar ange ordnete Planetenradglieder aufweist,
- g) die besagten weiteren optischen Mittel eine in der Fassung (60) gehalterte gesichtsfeldseitige erste Lin se (58) und eine ebenfalls in der Fassung (60) gehalt erte, dem Gesichtsfeld (14) abgewandte zweite Linse (62) aufweisen, zwischen denen der Strahlengang paral lel verläuft, wobei die Brennebene der zweiten Linse (62) mit der besagten durch den Mittelpunkt (30) ge henden Fläche zusammenfällt,
- h) die weiteren optischen Mittel derart unsymmetrisch zur Rotorachse (32) ausgebildet sind, daß eine überlagerte zweite Abtastbewegung mit der zweiten Drehzahl und ei nem der ersten Abtastbewegung entgegengesetzten Dreh sinn erzeugt wird und sich eine resultierende Abta stung des Gesichtsfeldes (14) längs einer rosettenför migen Bahnkurve (16) ergibt, und
- i) in der besagten durch den Mittelpunkt gehenden Fläche Bündelendpunktmittel (74) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
- j) der Strahlengang von dem Sekundärspiegel ohne weitere Faltung unmittelbar zu den Linsen (58, 62) verläuft,
- k) die erste Linse (58) eine Zerstreuungslinse ist, die in dem von dem Sekundärspiegel (50) zu den Linsen (58, 62) hin konvergenten Abbildungsstrahlengang ange ordnet ist, und
- l) die zweite Linse (62) exzentrisch zur Rotorachse (32) in der Fassung angeordnet ist.