DE102007030880A1 - Object scene detecting device for use in guided missile, has separation lens comprising prism coupled with optical fibers that are optically connected with emitter unit and detector unit, respectively - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (1) zur Erfassung einer Objektszene mit einem abbildenden optischen System angegeben, welches eine Eintrittsoptik (2) mit einer Mittenausnehmung (3), eine in der Mittenausnehmung (3) der Eintrittsoptik (2) angeordnete Separationsoptik (4), eine Anzahl von Detektoreinheiten (6, 7) sowie zumindest eine Emittereinheit (5) zur Strahlenemission umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Separationsoptik (4) mit jeweils einer Faserzuführung (19a, 19b) mit der Emittereinheit (5) und mit einer auf die Zielstrahlung der Emittereinheit (5) ansprechenden Detektoreinheit (6) optisch verbunden ist. Des Weiteren wird ein Lenkflugkörper (32) angegeben, umfassend ein Strukturgehäuse (33), einen innerhalb des Strukturgehäuses (33) koaxial angeordneten und um eine Rollachse (x') drehbar gelagerten Rollrahmen (34) und eine Vorrichtung (1) der genannten Art.The invention relates to a device (1) for detecting an object scene with an imaging optical system, which has an entrance optic (2) with a center recess (3), a separation optic (4) arranged in the center recess (3) of the entrance optic (2) Number of detector units (6, 7) and at least one emitter unit (5) for emitting radiation comprises. It is provided that the separation optics (4) with one fiber feed (19a, 19b) is optically connected to the emitter unit (5) and with one on the target radiation of the emitter unit (5) responsive detector unit (6). Furthermore, a guided missile (32) is provided, comprising a structural housing (33), a roll frame (34) arranged coaxially inside the structural housing (33) and rotatably mounted about a roll axis (x ') and a device (1) of said type.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene, sowie einen Lenkflugkörper mit einer derartigen Vorrichtung.The Invention relates to a device for detecting an object scene, and a guided missile with such a device.
Eine
Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene ist beispielsweise aus
der
Weiterhin
ist aus der
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst kompakte Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene anzugeben, welche sowohl ein aktives als auch ein passives optisches Sensorsystem aufweist.A The first object of the invention is to be as compact as possible Specify device for detecting an object scene, which both has an active as well as a passive optical sensor system.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Lenkflugkörper anzugeben, welcher mit einem möglichst kompakten Suchkopf versehen ist, der sowohl ein aktives als auch ein passives optisches Sensorsystem aufweist.A Another object of the invention is a guided missile specify which with a compact search head which is both an active and a passive optical Having sensor system.
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene angegeben wird, mit einem abbildenden optischen System, umfassend eine Eintrittsoptik mit einer Mittenausnehmung, eine in der Mittenausnehmung der Eintrittsoptik angeordnete Separationsoptik, eine Anzahl von Detektoreinheiten, sowie zumindest eine Emittereinheit zur Strahlenemission, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Separationsoptik mit jeweils einer Faserzuführung mit der Emittereinheit und mit einer auf die Zielstrahlung der Emittereinheit ansprechenden Detektoreinheit optisch verbunden ist.The first object is achieved according to the invention that specified a device for detecting an object scene with an imaging optical system comprising entrance optics with a central recess, one in the center recess of the entrance optics arranged separation optics, a number of detector units, and at least one emitter unit for emitting radiation thereby is characterized in that the separation optics with one each Fiber feed to the emitter unit and with an on the target radiation of the emitter unit responsive detector unit is optically connected.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine passive Sensorik mit einer aktiven Sensorik im Bereich der Eintrittsoptik integriert darstellbar ist, indem mit Hilfe der Separationsoptik die von der Emittereinheit abgestrahlten und zurückreflektierten Strahlen aus der über den gemeinsamen Empfangsstrahlengang eingehenden Gesamtstrahlung spektral abgefiltert und über eine Faserzuführung einer separaten Detektoreinheit zugeleitet werden. Das Restspektrum der Eingangsstrahlung wird zu einer oder mehreren Detektoreinheit(en) der passiven Sensorik weitergeleitet. Zugleich ist die Separationsoptik dazu ausgebildet, die über eine weitere Faserzuführung zugeleitete Strahlung der Emittereinheit so umzulenken, dass sie entlang der zentralen optischen Achse der Vorrichtung abgestrahlt wird. Die Separationsoptik übernimmt somit eine Doppelfunktion.The Invention is based on the consideration that a passive Sensor technology with active sensors in the area of the entrance optics is integrally representable by using the separation optics the beams emitted by the emitter unit and reflected back from the incoming via the common receive beam path Total radiation filtered spectrally and via a fiber feed be fed to a separate detector unit. The rest spectrum the input radiation becomes one or more detector unit (s) forwarded to the passive sensors. At the same time is the separation optics adapted to the over another fiber feed redirected radiation of the emitter unit so that they along the central optical axis of the device becomes. The separation optics thus assumes a dual function.
Vorzugsweise ist die Eintrittsoptik als eine Cassegrain-Optik mit einem konkav-parabolischen Hauptspiegel und einem konvex-hyperbolischen Fangspiegel ausgebildet. Eine einfallende Strahlung läuft über den Hauptspiegel zum Fangspiegel und von dort aus in den Empfangsstrahlengang, der in einer Mittenausnehmung durch den Hauptspiegel führt. Durch diese zweifache Umlenkung ist die Längenausdehnung einer Cassegrain-Optik relativ gering. Bei der Verwendung einer Cassegrain-Optik als Eintrittsoptik weist bereits der Hauptspiegel eine Mittenausnehmung auf, vor der die Separationsoptik mit vernachlässigbarem Abbildungsverlust angeordnet werden kann. Der Ausgangsstrahlengang wird mittels der Separationsoptik durch eine weitere Mittenausnehmung des Fangspiegels entlang der zentralen optischen Achse auf das Zielgebiet gerichtet.Preferably is the entrance optics as a Cassegrain optics with a concave-parabolic main mirror and a convex hyperbolic catch mirror formed. An incidental Radiation passes over the primary mirror to the secondary mirror and from there into the receiving beam path, in a central recess through the main mirror leads. Through this double deflection is the length of a Cassegrain optic relatively low. When using a Cassegrain optic as entrance optics already has the main mirror on a Mittenausnehmung, before the the separation optics with negligible image loss can be arranged. The output beam path is by means of Separation optics through a further center recess of the catching mirror directed towards the target area along the central optical axis.
In einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung ist eine Fokussierungsoptik zur Bündelung eines von der Emittereinheit emittierten Strahls vorgesehen. Der emittierte Strahl wird koaxial zur zentralen optischen Achse der Vorrichtung abgestrahlt, so dass eine solche Fokussierungsoptik in Abstrahlungsrichtung konzentrisch im Bereich der Mittenausnehmung angeordnet ist und der strahlumlenkenden Separationsoptik in Abstrahlungsrichtung optisch nachgeschaltet ist.In an advantageous embodiment of the device is a Focusing optics for bundling one of the emitter unit emitted beam provided. The emitted beam becomes coaxial emitted to the central optical axis of the device, so that a Such focusing optics in the direction of radiation concentric in Area of the central recess is arranged and the beam deflecting Separation optics optically downstream in the emission direction is.
Die Separationsoptik weist vorteilhafterweise eine beidseitig reflektierende Schicht auf, wobei über eine erste Seite der Schicht ein über die Faserzuführung von der Emittereinheit zugeleiteter Strahl zur Sendeoptik lenkbar ist, und über die zweite Seite der Schicht ein über die Eintrittsoptik eintretender Strahl zur Einkopplung in die mit der Detektoreinheit optisch verbundene Faserzuführung lenkbar ist.The Separation optics advantageously has a double-sided reflective Layer on, over a first side of the layer on a the fiber feed from the emitter unit Beam is steerable to the transmitting optics, and over the second Side of the layer entering via the entrance optics Beam for coupling into the optically connected to the detector unit Fiber feed is steerable.
Hierzu ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung die beidseitig reflektierende Schicht in einem Winkel von 45° zur zentralen optischen Achse der Vorrichtung angeordnet, so dass der Emissionsstrahl orthogonal zur zentralen optischen Achse auf die erste Seite der reflektierenden Schicht trifft und in eine Abstrahlungsrichtung koaxial zur zentralen optischen Achse gelenkt wird.For this purpose, in an expedient embodiment, the layer reflecting on both sides is arranged at an angle of 45 ° to the central optical axis of the device, so that the emission beam orthogonal to the central optical axis on the first side of the reflective layer and is directed in a radiation direction coaxial with the central optical axis.
Wird bei einer derartigen Anordnung der beidseitig reflektierenden Schicht das Teilspektrum der Eingangsstrahlung, welches im Wesentlichen dem Spektralbereich des Emissionssignals entspricht, entlang der zentralen optischen Achse auf die gegenüberliegende zweite Seite der reflektierenden Schicht gelenkt, so kann die Faserzuführung, die zur Detektoreinheit der aktiven Sensorik führt, gegenüberliegend zur Faserzuführung von der Emittereinheit und orthogonal zur zentralen optischen Achse angeordnet sein.Becomes in such an arrangement of the double-sided reflective layer the sub-spectrum of the input radiation, which is essentially the Spectral range of the emission signal corresponds, along the central optical axis on the opposite second side directed the reflective layer, so the fiber feed, which leads to the detector unit of the active sensor, opposite for fiber feed from the emitter unit and orthogonal be arranged to the central optical axis.
Durch diese Anordnung wird eine besonders einfache und somit kompakte Realisierung der Separationsoptik ermöglicht.By This arrangement becomes a particularly simple and thus compact Realization of the separation optics enabled.
In einer geeigneten Weiterbildung der Separationsoptik ist die beidseitig reflektierende Schicht als eine Teilfläche eines Prismas oder als eine Innenfläche eines Strahlteilerwürfels ausgebildet.In a suitable development of separation optics is the two sides reflective layer as a partial surface of a prism or as an inner surface of a beam splitter cube educated.
Bevorzugterweise umfasst die Separationsoptik eine teilreflektierende Schicht, über welche eine über die Eintrittsoptik einfallende Strahlung mit vorgegebener Frequenz zur Separationsoptik lenkbar ist. Eine solche teilreflektierende Schicht ist beispielsweise durch einen dichroitischen Filter gegeben, der die gewünschte Frequenz reflektiert und die übrigen Frequenzen im Wesentlichen passieren lässt.preferably, the separation optics comprises a partially reflecting layer, via which is incident on the entrance optics radiation with a predetermined frequency for separation optics is steerable. A such partially reflective layer is for example by a Given dichroic filter, the desired frequency reflected and the remaining frequencies substantially lets happen.
Eine derartige teilreflektierende Schicht ist vorzugsweise im Bereich der Mittenausnehmung in einer zur zentralen optischen Achse orthogonal liegenden Ebene angeordnet, und zwar zweckmäßigerweise derart, dass die einfallende Eingangsstrahlung mit einer Frequenz im Bereich der Emissionsfrequenz in Richtung der zentralen optischen Achse zur Separationsoptik hin zurückreflektiert wird. Die übrigen Frequenzen passieren die teilreflektierende Schicht und wandern entlang des Eingangsstrahlengangs zu den Detektoreinheiten, die der passiven Sensorik zugeordnet sind.A Such partially reflecting layer is preferably in the range the central recess in a direction orthogonal to the central optical axis lying level, and expediently such that the incident input radiation at a frequency in the range of the emission frequency in the direction of the central optical Axis is reflected back to the separation optics back. The other frequencies pass through the partially reflecting layer and migrate along the input beam path to the detector units, which are associated with the passive sensors.
Zweckdienlicherweise ist die beidseitig reflektierende Schicht und/oder die teilreflektierende Schicht speziell zu einer Reflektion in einem schmalen Frequenzband ausgebildet, insbesondere zu einer Reflektion monochromatischen Lichtes mit einer vorgegebenen Frequenz. Hierbei ist die Frequenz insbesondere durch die Emittereinheit vorgegeben.Conveniently, is the reflective layer on both sides and / or the partially reflecting layer specially designed for reflection in a narrow frequency band, in particular to a reflection of monochromatic light with a predetermined Frequency. Here, the frequency is in particular by the emitter unit specified.
Als Emittereinheit ist bevorzugt eine im Wesentlichen monochromatische Lichtquelle, insbesondere eine Laserquelle, vorgesehen. Monochromatisches Licht ist für die aktive Sensorik insbesondere vorteilhaft, da die zurück gestreuten Emissionssignale besonders einfach identifizierbar und herausfilterbar sind. Durch das Herausfiltern nur eines schmalen Frequenzbandes wird das komplementäre Spektrum nur geringfügig eingeschränkt und somit wird die passive Sensorik, die Signale aus diesem komplementären Spektrum detektiert, höchstens geringfügig beeinträchtigt.When Emitter unit is preferably a substantially monochromatic Light source, in particular a laser source, provided. monochromatic Light is particularly advantageous for the active sensors, because the backscattered emission signals are particularly simple identifiable and filterable. By filtering out only a narrow frequency band becomes the complementary one Spectrum only slightly limited and thus is the passive sensor, the signals from this complementary Spectrum detected, at most slightly impaired.
Zweckmäßigerweise ist die mit der Separationsoptik über eine Faserzuführung optisch verbundene Detektoreinheit zur Detektion der von der Emittereinheit abgestrahlten Strahlung vorgesehen, insbesondere zur Laufzeitmessung eines emittierten Strahlungssignals. Daher ist die Detektoreinheit bevorzugterweise zur Auswertung insbesondere der Signalfrequenzen in einem schmalen Frequenzband um die vorgegebene Frequenz der Emittereinheit ausgebildet. Aus der Ermittlung der Laufzeit eines Emissionssignals ist die Distanz zu einem das Signal reflektierende Hindernis ermittelbar.Conveniently, is the one with the separation optics via a fiber feed optically connected detector unit for the detection of the emitter unit provided radiated radiation, in particular for transit time measurement an emitted radiation signal. Therefore, the detector unit preferably for the evaluation in particular of the signal frequencies formed in a narrow frequency band around the predetermined frequency of the emitter unit. Determining the transit time of an emission signal is the distance to a signal reflecting the obstacle can be determined.
Geeigneterweise sind die Emittereinheit und die oder jede Detektoreinheit auf einem Rollrahmen mit einer Rollachse angeordnet, gegenüber dem die Eintrittsoptik um eine zur Rollachse im Wesentlichen orthogonal liegende Schwenkachse drehbar gelagert ist. Insbesondere können somit die Lichtleitfasern ohne weitere optische Verbindungselemente wie Spiegel, Prismen oder dergleichen von der Separationsoptik bis zur Emittereinheit/Detektoreinheit verlegt werden.suitably The emitter unit and the or each detector unit are on one Rolling frame arranged with a roll axis, opposite the the entrance optics to one to the roll axis substantially orthogonal lying pivot axis is rotatably mounted. In particular, you can thus the optical fibers without further optical connecting elements like mirrors, prisms or the like from the separation optics to are routed to the emitter unit / detector unit.
In einer alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung ist auch eine strukturfeste Installation der Emittereinheit und der oder jeder Detektoreinheit realisierbar.In an alternative embodiment of the device is also a structure-fixed Installation of the emitter unit and the or each detector unit realizable.
Vorteilhafterweise ist eine Auswerteeinheit zur Signalauswertung der an der oder jeder Detektoreinheit empfangenen Strahlungssignale vorgesehen. Insbesondere ist eine solche Auswerteeinheit zur Ermittlung der Laufzeit eines von der Emittereinheit ausgesandten Lichtsignals ausgebildet. Weiterhin ist die Auswerteeinheit geeigneterweise zur Auswertung der über die weiteren, der passiven Sensorik zugeordneten Detektoreinheiten empfangenen Signale ausgebildet.advantageously, is an evaluation unit for signal evaluation at the or each Detector unit received radiation signals provided. Especially is such an evaluation unit for determining the duration of a formed by the emitter unit emitted light signal. Farther is the evaluation unit suitable for the evaluation of the other, the passive sensors associated detector units received signals formed.
Bevorzugt ist eine Steuereinheit vorgesehen, die zur Aktivierung der Emittereinheit in Abhängigkeit von Auswertedaten der Auswerteeinheit ausgebildet ist.Prefers a control unit is provided which is used to activate the emitter unit is formed as a function of evaluation data of the evaluation unit.
Zur Abstandsbestimmung eines Hindernisses sind zunächst die Auswertedaten der passiven Sensorik vorgesehen. Insbesondere die von einem Objekt ausgesandte Infrarotstrahlung wird zur Objekterfassung herangezogen. Die Identifikation und insbesondere die Entfernungsbestimmung ist hierbei jedoch nicht für jede Anwendung hinreichend genau. Ab einem vorgebbaren Entfernungsschwellwert, der aus den Detektordaten der passiven Sensorik ermittelt ist, aktiviert die Steuereinheit dann die Emittereinheit, so dass durch die zurückreflektierten Emissionssignale eine relativ genaue Entfernungsinformation gewonnen werden kann. Diese wird dann ausgewertet und steht der Steuereinheit für fortgesetzte Prozessentscheidungen zur Verfügung.For determining the distance of an obstacle, the evaluation data of the passive sensors are initially provided. In particular, the infrared radiation emitted by an object is used for object detection. The identification and In particular, however, the determination of the distance is not sufficiently precise for each application. From a predefinable distance threshold, which is determined from the detector data of the passive sensor, the control unit then activates the emitter unit, so that a relatively accurate distance information can be obtained by the reflected back emission signals. This is then evaluated and is available to the control unit for continued process decisions.
Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Lenkflugkörper angegeben wird, umfassend ein Strukturgehäuse, einen innerhalb des Strukturgehäuses koaxial angeordneten und um eine Rollachse drehbar gelagerten Rollrahmen und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art.The second object is achieved according to the invention that a guided missile is specified, comprising a structural housing, a coaxially disposed within the structural housing and Rolling frame rotatably mounted about a roll axis and a device of the type mentioned.
Durch diese Ausgestaltung ist insbesondere eine kompakte Laserannäherungssensorik in Verbindung mit einer passiven Sensorik, insbesondere einer passiven Infrarotsensorik, realisierbar.By This embodiment is in particular a compact laser proximity sensor in connection with a passive sensor, in particular a passive one Infrared sensors, feasible.
Durch die kompakte Ausgestaltung der Vorrichtung eignet sich diese ideal für die Verwendung in einem Suchkopf für Lenkflugkörper. Durch die Integration der Separationsoptik in die Mittenausnehmung und Verbindung dieser mit Faserzuführungen kann der in einem Lenkflugkörper für einen Suchkopf zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden. Emittereinheit und auf Zielstrahlung der Emittereinheit ansprechende Detektoreinheit können an Stellen angeordnet werden, die nicht zwingend im vordersten Bereich eines Suchkopfes gelegen sein müssen, da die Signalweiterleitung emittierter bzw. zu detektierender Strahlung über die Faserzuführungen erfolgt.By the compact design of the device is ideal for this for use in a missile seeker head. By integrating the separation optics into the center recess and connection of these with fiber feeds can be made in a guided missile for a seeker head available standing space can be optimally utilized. Emitter unit and on Target radiation of the emitter unit responsive detector unit can be placed in places that are not necessarily in the forefront of a seeker head because the signal forwarding is emitted or to be detected radiation via the fiber feeds he follows.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung diskutiert. Dabei zeigenin the Below is an embodiment of the invention based a drawing discussed. Show
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in the figures with the same reference numerals Mistake.
In
Die
Vorrichtung
Die
Separationsoptik
Die
entlang der zentralen optischen Achse (inverse x-Richtung) einfallende
Strahlung
Sobald
die Laser-Emittereinheit
Die
von einem Hindernis zurückreflektierten Anteile des Emissionsstrahls
Weiterhin
ist die Ausrichtung der zentralen optischen Achse x angezeigt. Sichtbar
ist in dieser Darstellung die geringfügige Verkippung der
Ausrichtung des Emissionsstrahls
Dadurch,
dass der Rollrahmen
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Eintrittsoptikadmission optics
- 33
- Mittenausnehmungcentral recess
- 44
- Separationsoptikseparation optics
- 55
- Laser-EmittereinheitLaser emitter unit
- 66
- Detektoreinheitdetector unit
- 77
- Detektoreinheitdetector unit
- 88th
- aktive Sensorikactive sensors
- 99
- passive Sensorikpassive sensors
- 1010
- Hauptspiegelmain mirror
- 1111
- FangspiegelFangspiegel
- 1212
- Mittenausnehmung des Hauptspiegelscentral recess the main mirror
- 1313
- Mittenausnehmung des Fangspiegelscentral recess the capture mirror
- 1414
- einfallende Strahlungincident radiation
- 14a14a
- Eingangsstrahlunginput radiation
- 14b14b
- Teilstrahlungpartial radiation
- 1515
- dicroitische Plattedichroic plate
- 1616
- Kollimationslinsecollimating lens
- 1717
- dreiecksförmiges Prismatriangular prism
- 1818
- beidseitig reflektierende Schichtboth sides reflective layer
- 19a19a
- Lichtleitfaseroptical fiber
- 19b19b
- Lichtleitfaseroptical fiber
- 2020
- Fokussierungslinsefocusing lens
- 2121
- Emissionsstrahlemission beam
- 2222
- weitere optische MittelFurther optical means
- 2323
- Glasdomglass dome
- 2424
- optische Datenoptical dates
- 2525
- Auswerteeinheitevaluation
- 2626
- DatenverbindungData Connection
- 2727
- Steuereinheitcontrol unit
- 2828
- Steuerimpulscontrol pulse
- 3030
- optische Datenoptical dates
- 3131
- Gestängelinkage
- 3232
- LenkflugkörperMissile
- 3333
- Strukturgehäusestructure housing
- 3434
- Rollrahmenroll frame
- 3535
- Drehgestellbogie
- xx
- zentrale optische Achsecentral optical axis
- x'x '
- Rollachseroll axis
- yy
- Nickachsepitch axis
- y'y '
- Schwenkachseswivel axis
- Ee
- zur zentrale optische Achse orthogonale Ebeneto central optical axis orthogonal plane
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - DE 3317232 A1 [0003] - DE 3317232 A1 [0003]
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|---|---|---|---|
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Effective date: 20130830 |
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