DE2030128C1

DE2030128C1 - Arrangement for locating movable body divides output beam into sectors representing sub-beams offset wrt. axis, modulates sub-beams differently, recombines to single beam of same dia.

Info

Publication number: DE2030128C1
Application number: DE2030128A
Authority: DE
Inventors: Fernand Rene Loy
Original assignee: Thomson TRT Defense
Current assignee: Thomson TRT Defense
Priority date: 1966-07-20
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 1990-06-19

Abstract

The arrangement has a beam transmitter with a movement arrangement enabling the beam axis to describe the side of a cone. bounding the location field, an arrangement for forming elementary beams and a receiver enabling evaluation of an object's position from received elementary beams. An arrangement of thick plates (L3) with parallel surfaces is inclined wrt. the axis (XX') to divide the output beam into sectors representing sub-beams that are offset wrt. the output beam axis to a defined extent. A modulator (D) modulates the sub-beams differently. The beams are recombined via further plates (L8) and lenses (L9,L10) to a single beam of the same dia and cross-section as the output beam and deflected to produce a useful motion. The cone angle can be varied with a variable focal length objective (L13,L14).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ortung eines beweglichen Körpers der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art nach Patent 1 548 536. The invention relates to an arrangement for location a movable body in the preamble of claim 1 specified type according to patent 1 548 536.

Die Öffnung des Leitfeldes zur Steuerung eines Flug körpers von einer Abschußvorrichtung aus ist gemäß einem vorherbestimmbaren Programm veränderbar, das von den Daten des Flugkörpers abhängig ist. Ein diesem Programm entsprechendes Programm zur Konzentra tion der Lichtstrahlung kann die Sendereinrichtung aufweisen. Der gesamte Querschnitt des Bündels in einer zur Ortungsachse senkrechten Ebene kann als ein Bild eines Visiers in dieser Ebene aufgefaßt werden, das in den Brennpunkt des Objektivs - unter Bezugnahme auf Fig. 1 des Hauptpatents - versetzt wird, um das Leitprinzip besser zu erfassen. The opening of the control field for controlling a missile from a launcher can be changed in accordance with a predetermined program which is dependent on the data of the missile. A program corresponding to this program for the concentration of the light radiation can have the transmitter device. The entire cross-section of the bundle in a plane perpendicular to the locating axis can be understood as an image of a visor in this plane, which is moved into the focal point of the objective - with reference to FIG. 1 of the main patent - in order to better grasp the guiding principle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der Anordnung nach dem Hauptpatent, bei dem ein Ausgangs bündel eines parallelen, monochromatischen Lichtes einer einzigen Quelle in mehrere, unterschiedlich modulierte Strahlenbündel unterteilt wird und wobei Einrichtungen zur Beschreibung eines Kegels in Bezug auf die Achse des Bündels vorgesehen sind, um ein Ortungsfeld mit veränderbarer Öffnung gemäß einem vorherbestimmten Programm in Abhängigkeit von den Daten des zu leitenden Körpers zu bestimmen, die zu modulierenden Strahlenbündel voneinander zu trennen.The object of the present invention is in the Arrangement according to the main patent, in which an output bundle of parallel, monochromatic light one single source into several, differently modulated Beam is divided and being facilities to describe a cone in relation to the axis of the bundle are provided to have a location field changeable opening according to a predetermined Program depending on the data of the to be managed Body to determine which rays to modulate separate from each other.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach dem Kennzeichen von Anspruch 1.This problem is solved according to the indicator of Claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt: Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing reproduced based on the description below are explained in more detail. It shows:

Fig. 1 einen schematisierten Längsschnitt der Anordnung der optischen Ein richtungen zur Behandlung des aus gestrahlten Leitstrahlenbündels und Fig. 1 shows a schematic longitudinal section of the arrangement of the optical devices for the treatment of a beam of rays and

Fig. 2 einen schematisierten Längsschnitt einer abgeänderten Ausführungsform der Anordnung der optischen Ein richtungen zur Behandlung des Bündels. Fig. 2 is a schematic longitudinal section of a modified embodiment of the arrangement of the optical devices for treating the bundle.

Gemäß Fig. 1 besteht die Strahlungsquelle des Bündels aus einem kontinuierlich arbeitenden Gas- oder Kristall- Laser 1, der beispeilsweise ein Büschel äußerst geringer Divergenz eines parallelen, monochromatischen Lichts aus strahlt. Das Bündel passiert zunächst ein afokales System, das aus zwei Linsen L₁ und L₂ besteht, das die Anpassung des Lasers an ein optisches Leitstrahlsystem gestattet, indem es ein Bündel von geeignetem Querschnitt abgibt. Am Ausgang des afokalen Systems hat der Querschnitt des Bündels in einer Ebene A senkrecht zur Leitachse XX' das Aussehen A'. Dieses ist ein homogenes Bündel. Das Bündel fällt dann auf eine Pyramide L₃, die aus vier starken Scheiben mit parallelen Oberflächen besteht, die zur Achse geneigt sind, und die das Bündel in vier gleiche Sektoren unterteilt und die Sektoren um einen bestimmten Betrag versetzt. Der Querschnitt des Bündels hat dann in einer Ebene B senkrecht zur Achse XX' das Aussehen B'.Referring to FIG. 1, the radiation source of the beam of a continuously operating gas or crystal laser 1 which beispeilsweise a tuft of extremely low divergence of a parallel, monochromatic light of irradiated. The bundle first passes through an afocal system consisting of two lenses L ₁ and L ₂ , which allows the laser to be adapted to an optical beacon system by delivering a bundle of a suitable cross-section. At the exit of the afocal system, the cross section of the bundle has the appearance A 'in a plane A perpendicular to the leading axis XX'. This is a homogeneous bundle. The bundle then falls on a pyramid L ₃ , which consists of four strong disks with parallel surfaces that are inclined to the axis, and which divides the bundle into four equal sectors and displaces the sectors by a certain amount. The cross section of the bundle then has the appearance B 'in a plane B perpendicular to the axis XX'.

Vier Linsen L₄ konzentrieren die Teilbündel zu vier be stimmten Punkten mit vier Spitzen eines Quadrates auf einer Modulationsscheibe d, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit um eine Achse YY' parallel zur Achse XX' dreht. Die Scheibe d trägt auf ihrem Umfang vier kon zentrische, eingelassene Spuren in Form radialer Mar kierungen, die abwechselnd durchlässig und dunkel sind, wobei auf jeder Spur die Anzahl der Markierungen unter schiedlich ist. Die Scheibe d moduliert so jedes der vier Teilbündel auf eine unterschiedliche Frequenz. Auf diese Weise werden hinter der Modulationsscheibe - in Strah lungsrichtung betrachtet - vier unterschiedlich modulierte Elementar bündel geschaffen.Four lenses L ₄ concentrate the sub-bundle to four specific points with four tips of a square on a modulation disc d, which rotates at a constant speed about an axis YY 'parallel to the axis XX'. The disk d carries four concentric, recessed tracks in the form of radial markings, which are alternately permeable and dark, with the number of markings being different on each track. The disc d modulates each of the four sub-beams to a different frequency. In this way, four differently modulated elementary bundles are created behind the modulation disc - viewed in the direction of radiation.

Eine Gruppe aus vier Linsen L₅ liefert vier parallele Bündel in Form von vier Sektoren, deren Schnitt gemäß einer Ebene C senkrecht zur Achse XX' das Aussehen C' hat.A group of four lenses L ₅ provides four parallel bundles in the form of four sectors, the section of which has the appearance C 'according to a plane C perpendicular to the axis XX'.

Linsengruppen L₆ und L₇ und gegenüber der Achse geneigte Scheiben sind L₈ zu den Gruppen der Linsen L₅ und L₄ und den Scheiben L₃ in Bezug auf die Ebene C symmetrisch an geordnet, wobei sich in der Ebene E ein paralleles Licht bündel einstellt, dessen Kreisquerschnitt bei E' darge stellt ist. Dieses Bündel wird durch die erneute Kom bination der vier modulierten Abschnitte von vier unter schiedlichen Frequenzen erreicht.Lens groups L ₆ and L ₇ and slanted with respect to the axis are arranged L ₈ to the groups of lenses L ₅ and L ₄ and the slices L ₃ symmetrically with respect to the plane C, with a parallel light bundling in the plane E. sets, whose circular cross-section at E 'is Darge. This bundle is achieved by the new combination of the four modulated sections of four different frequencies.

Eine einzige Linse L₉ sammelt das Bündel auf eine Linse L₁₀, die ein Bild der Ebene E in der Ebene F erzeugt. Auf diese Weise ergibt sich in der Ebene F ein paralleles Bündel, das im Querschnitt identisch mit dem Bündel in der Ebene E ist.A single lens L ₉ collects the bundle onto a lens L ₁₀ , which forms an image of plane E in plane F. This results in a parallel bundle in plane F, which is identical in cross section to the bundle in plane E.

Die Nutationsbewegung des Bündels wird durch Rotation um die Achse XX' mittels eines Prismas L₁₁ von kleinem brechendem Winkel erreicht. Diese Nutation gestattet die Bestimmung eines Leitfeldes. Es sei hervorgehoben, daß das Prisma L₁₁ nicht mehr eine Translationsbewegung ausführt, wie es in Verbindung mit dem Prisma 4 des Hauptpatents beschrieben wurde.The nutation movement of the bundle is achieved by rotation about the axis XX 'by means of a prism L ₁₁ with a small refractive angle. This nutation allows the determination of a control field. It should be emphasized that the prism L ₁₁ no longer carries out a translational movement, as was described in connection with the prism 4 of the main patent.

Die Änderung des Spitzenwinkels des durch das Leitbündel beschriebenen Kegels wird durch die Änderung der Brenn weite eines Objektivs mit veränderbarem Brennpunkt er reicht, das aus einer Gruppe von Zerstreuungslinsen L₁₃ und einer Gruppe von Sammellinsen L₁₄ besteht. Die Brennpunktebene dieses Objektivs fällt mit der Ebene F zusammen. Es projiziert den Querschnitt des Bündels der Ebene F ins Unendliche, d. h. das Bild der vier Kreis sektoren.The change in the apex angle of the cone described by the guide beam is achieved by changing the focal length of a lens with a variable focal point, which consists of a group of diverging lenses L ₁₃ and a group of converging lenses L ₁₄ . The focal plane of this lens coincides with plane F. It projects the cross section of the bundle of plane F to infinity, ie the image of the four circular sectors.

Eine in der Ebene F angeordnete Feldblende D begrenzt das verwendete Leitfeld. Eine Feldlinse L₁₂ sammelt das Bündel in der Ebene der Pupille des Objektivs mit ver änderbarer Brennweite.A field diaphragm D arranged in plane F limits the leading field used. A field lens L ₁₂ collects the bundle in the plane of the pupil of the objective with a variable focal length.

Das Objektiv mit veränderbarer Brennweite (L₁₃ und L₁₄) ist so angeordnet, daß seine optische Achse mit der Leitachse XX' mit größter Präzision zusammenfällt, während die Änderung der Brennweite einem vorherbestimmten Pro gramm folgt. Dieses Programm kann beispielsweise so ge wählt werden, daß der Querschnitt des Bündels in einer Ebene durch den zu leitenden Flugkörper, unabhängig von der Entfernung des Flugkörpers, konstant ist. Unter diesen Bedingungen sind die Lichtintensität aufgrund des Leit bündels und die Genauigkeit der Führung außerhalb der Achse in Abhängigkeit von der Entfernung konstant.The variable focal length lens (L ₁₃ and L ₁₄ ) is arranged so that its optical axis coincides with the leading axis XX 'with the greatest precision, while the change in focal length follows a predetermined program. This program can be selected, for example, so that the cross section of the bundle in one plane through the missile to be guided is constant, regardless of the distance of the missile. Under these conditions, the light intensity due to the guide beam and the accuracy of the guidance off-axis are constant depending on the distance.

Ein Würfel L₁₅ aus halb-durchscheinenden Scheiben zweigt einen sehr geringen Teil des Bündels ab und liefert in der Ebene F' in Bezug auf die halb-durchscheinende Scheibe symmetrisch zu F einen Bündelquerschnitt, der dem in der Ebene F erzielten identisch ist. Von dort aus ist es möglich, mit dieser Ebene F' eine Überwachung des ein wandfreien Funktionierens des gesamten optischen Systems und der Stärke des Leitbündels nachzuschalten. In der Ebene F' ist eine Blende D' mit einer Öffnung von sehr kleinem Durchmesser angeordnet. Das Bild des abgezweigten Bündels wird auf einem Detektor Det empfangen.A cube L ₁₅ made of semi-translucent slices branches off a very small part of the bundle and, in plane F 'with respect to the semitransparent slice symmetrically to F, provides a bundle cross section which is identical to that achieved in plane F. From there it is possible to use this level F 'to monitor the proper functioning of the entire optical system and the strength of the guide bundle. A diaphragm D 'with an opening of very small diameter is arranged in the plane F'. The image of the branched bundle is received on a detector Det.

Fig. 2 zeigt schematisch eine abgeänderte Ausführungs form der Anordnung, die eine Erzielung eines besseren Gewinns der abgestrahlten Energie gestattet. Man erkennt ohne weiteres, daß bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 die Feldblende D in der Ebene F nur einen Teil des durch das optische System abgestrahlten Bündels hindurchläßt. Fig. 2 shows schematically a modified form of execution of the arrangement that allows achieving a better profit of the radiated energy. It can easily be seen that, in the device according to FIG. 1, the field diaphragm D in plane F only allows part of the bundle emitted by the optical system to pass through.

Gemäß der abgeänderten Ausführungsform der Fig. 2 sind die optischen Elemente L₃ bis L₁₃ identisch mit denen gemäß Fig. 1. Zwischen dem aus den Linsen L₁ und L₂ ge bildeten afokalen System und der Scheibengruppe L₃ ist eine starke Scheibe L₁₆ mit parallelen Oberflächen an geordnet, die gegenüber der Achse XX' geneigt ist und die sich um die Achse XX' mit dem Prisma L₁₁ mit kleinem brechendem Winkel synchronisiert dreht. Diese Scheibe unterwirft das parallele von der Quelle 1 abgegebene Bündel einer Transversal-Verschiebung, so daß das Bündel stets das Bild der Feldblende D durchläuft, das sich in der Ebene A ausbildet.According to the modified embodiment of FIG. 2, the optical elements L ₃ to L _{13 are} identical to those according to FIG. 1. Between the afocal system formed by the lenses L ₁ and L ₂ and the lens group L ₃ is a strong lens L ₁₆ with parallel surfaces arranged on, which is inclined to the axis XX 'and which rotates synchronized about the axis XX' with the prism L ₁₁ with a small refractive angle. This disk subjects the parallel bundle emitted by the source 1 to a transverse displacement, so that the bundle always runs through the image of the field diaphragm D which is formed in the plane A.

Aufgrund dieser Anordnung kann man am Ausgang des afokalen Systems ein Bündel von sehr kleinem Durchmesser erzeugen und dadurch eine sehr große Strahlenkonzentration er reichen. Der erzielte Energiegewinn ist in der Größen ordnung von zwei bis drei gegenüber der von dem Leit sender ausgestrahlten Energie.Because of this arrangement, one can exit at the afocal Systems create a bundle of very small diameter and thereby a very large radiation concentration pass. The energy gain is in sizes order of two to three compared to that of the leader emitted energy.

Claims

1. Arrangement for locating the position of a movable body with respect to a locating axis using a radiation beam delimiting a localization field, consisting on the one hand of a transmitter for the beam with devices for moving the beam, which are designed so that the axis of the beam faces the side surface of a Cone describes that limits the location field, the cone tip is near the transmitter and a section through the beam with a plane perpendicular to the location axis represents a translational movement that is reflected on the base of the cone, and on the other hand from one Receiver which, based on the received radiation, evaluates the position of the movable body in relation to the location axis, the transmitter for emitting light radiation having a light source and a lens for training a light beam and devices for decomposing the light beam nbundles in elementary bundles, each with a different identifier, which, viewed in a section plane running perpendicular to the bundle axis, delimit certain sectors, and the receiver has devices for measuring the time intervals defined by the reception of the elementary bundles, according to patent 1 548 536, characterized in that the optical elements consist of an arrangement of strong disks (L ₃ ) with parallel surfaces which are inclined with respect to the axis (XX ') and first divide the output bundle into several sectors which represent a corresponding number of parts and this offset by a certain amount with respect to the axis of the output bundle, that the optical devices then concentrate the image of the sub-bundles on a modulator (d), which modulates the sub-bundles differently, that a second arrangement of strong disks (L ₈ ) with parallel surfaces is provided is the g are inclined just above the axis, and lenses (L ₉ , L ₁₀ ), which combine the differently modulated sub-bundles into a single bundle / of the same diameter and cross-section as the starting bundle, that a deflector (L ₁₁ ) that performs a single rotational movement , the bundled bundle for determining the locating field is set in a nutation movement and that the change in the apex angle of the cone described by the locating bundle can be achieved by a lens (L ₁₃ , L ₁₄ ) with a variable focal length.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the predetermined program to change the Focal length of the lens is designed so that the cross cut the bundle in one plane through the one to be guided Body a constant diameter regardless of the Has removal of the body.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that it additionally has a strong disc (L ₁₆ ) with parallel surfaces before the first arrangement of strong discs (L ₃ ) with parallel surfaces, which is inclined with respect to the axis and in synchronism with the deflector ( L ₁₁ ) revolves in order to offset the parallel bundle emerging from the source so that the image of the field diaphragm (D) always runs through the bundle that has developed in the plane (A).