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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene.
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Es sind Vorrichtungen bekannt, welche zur Erfassung einer Objektszene ausgebildet sind. Solche Vorrichtungen kommen in Systemen der Verteidigung und Aufklärung und des zivilen Objektschutzes zum Einsatz. Eine derartige Vorrichtung umfasst beispielsweise gemäß der
WO 2004/066614 A1 ein abbildendes optisches System mit einer Eintrittsoptik, mit einer Umlenkoptik sowie mit einer Anzahl von Detektoreinheiten zur Detektion elektromagnetischer Strahlung bzw. zur Erfassung der Objektszene. Weiterhin sind Systeme bekannt, beispielsweise aus der
DE 101 17 147 A1 , die mit einer zusätzlichen aktiven Zielbeleuchtung und mit einer Verzweigungsoptik zur Ausblendung der reflektierten Strahlung ausgestattet sind. Die Lichteinkopplung für eine aktive Zielbeleuchtung ist dabei schwierig in ein Empfangssystem zu integrieren. In der
DE 101 17 147 A1 wird dies mit Hilfe einer faseroptischen Zuleitung realisiert, durch die aber nachteiligerweise in Abhängigkeit von der Länge der Zuleitung Dämpfungsverluste entstehen. Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen bei Systemen, welche mit unterschiedlichen Zielbeleuchtungsmoden ausgebildet werden sollen, beispielsweise zur Abstandsmessung im Infrarotbereich oder als Gegenmaßnahme im sichtbaren Spektralbereich.
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Aus der
DE 101 23 050 A1 ist ein Dual-Mode-Suchkopf bekannt, bei welchem eine optische Anordnung einen dichroitischen Strahlteilerwürfel zur frequenzabhängigen Aufteilung von einfallender elektromagnetischer Strahlung auf zwei Detektoren umfasst. Der Strahlteilerwürfel ist dabei zwischen einer Spiegeloptik und den den Detektoren zugeordneten Optiken angeordnet.
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Aus der
US 2005/0179888 A1 ist es bekannt, dass bei Lidar-Systemen beispielsweise Strahlteiler eingesetzt werden, um einerseits die von einem Sender emittierte elektromagnetische Strahlung in eine Objektszene zu richten und andererseits die reflektierte Strahlung auf einen Empfänger zu leiten.
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Die
DE 42 22 642 A1 zeigt eine bilderfassende Sensoreinheit mit einem passiven und einem aktiven LADAR-Sensor. Für die beiden Sensoren ist eine gemeinsame Abbildungsoptik vorgesehen. Zur Trennung der den passiven Sensor beaufschlagenden elektromagnetischen Strahlung und der rücklaufenden Strahlung des LADAR-Sensors wird auch dort ein Strahlteiler eingesetzt.
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Die
US 4 024 392 A beschäftigt sich mit einem kardanisch aufgehängten, aktiven optischen System, welches einen Laser zur Beleuchtung von Punkten einer Objektszene, die ebenfalls über das optische System erfassbar ist, umfasst. Die vom Laser emittierte Strahlung wird dabei komplett entkoppelt von der empfangenen elektromagnetischen Strahlung in einem separaten, mehrere Prismen umfassenden Sendepfad.
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Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene anzugeben, welche multimodal einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Lenkflugkörpersystem einen Suchkopf anzugeben, welcher ebenfalls multimodal einsetzbar ist.
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Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Demnach wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer Objektszene angegeben mit einem abbildenden optischen System, umfassend eine Eintrittsoptik, eine Umlenkoptik, und eine strukturfeste Verzweigungsoptik, mit einer Anzahl von Detektoreinheiten und mit zumindest einer Emittereinheit zur Emission elektromagnetischer Strahlung, wobei die Eintrittsoptik, die Umlenkoptik und die strukturfeste Verzweigungsoptik bezüglich einer Längsachse hintereinander angeordnet sind, wobei die Umlenkoptik relativ zur strukturfesten Verzweigungsoptik um die Längsachse drehbar gelagert ist, wobei die Eintrittsoptik relativ zur Umlenkoptik um eine zur Längsachse im wesentlichen orthogonal angeordneten Nickachse schwenkbar gelagert ist, wobei die Eintrittsoptik zur Sammlung und Ausrichtung einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf einen Eingangsstrahlengang und zur fokussierten Aussendung von über einen Ausgangsstrahlengang auslaufender elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, wobei die Umlenkoptik zur optischen Verbindung der Eintrittsoptik mit der Verzweigungsoptik durch Führung des Eingangs- und des Ausgangsstrahlenganges ausgebildet ist, und wobei die strukturfeste Verzweigungsoptik zur frequenz- und/oder polarisationsabhängigen Zerlegung von über den Eingangsstrahlengang einlaufender elektromagnetischer Strahlung und zur Führung von der Emittereinheit emittierter elektromagnetischer Strahlung auf den Ausgangsstrahlengang ausgebildet ist.
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Der Erfindung geht von der Überlegung aus, den Eingangsstrahlengang und den Ausgangsstrahlengang über ein und dasselbe abbildende optische System zu führen. Einkopplungsverluste und Dämpfungsverluste durch eine faseroptische Zuleitung, die konstruktiv an dem Eingangsstrahlengang vorbeizuführen sind, können dadurch vermieden werden. Auch Variationen der Transmission einer optischen Faser durch deren Bewegung werden hierdurch vermieden. Durch die schwenkbare Anordnung ist die Eintrittsoptik in jede beliebige Raumrichtung des vor der Eintrittsoptik liegenden Halbraums ausrichtbar. Der Eingangsstrahlengang kann hierbei insbesondere von mehreren passiven Sensor-Kanälen und als Empfangskanal für die aktive Sensorik genutzt werden.
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Entsprechend der Erfindung sind in dem abbildenden optischen System der Eingangsstrahlengang und der Ausgangsstrahlengang durch eine Aperturtrennung in der Eingangsoptik voneinander separiert, wodurch ein geringes Übersprechen einer aktiv emittierten Strahlung auf den Empfangspfad und somit auf die Detektoren gewährleistet wird. Ein zurückgesendeter Anteil der aktiv emittierten Strahlung kann dennoch über den Eingangsstrahlengang mittels der Abzweigoptik registriert werden.
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Die Aperturtrennung ist im Bereich der Eintrittsoptik durch eine dort ausgebildete Mittenausnehmung realisiert. Das von der Emittereinheit abgestrahlte Licht wird dabei über den Ausgangsstrahlengang in die Mittenausnehmung geleitet.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß im Bereich der Mittenausnehmung eine Kollimationsoptik zur Fokussierung der emittierten Strahlung ausgebildet. Diese Kollimationsoptik ist zweckmäßigerweise verstellbar ausgeführt, so dass der Divergenzwinkel der Abstrahlung in Abhängigkeit von der Anwendung eingestellt werden kann. Dies ist insbesondere bei multimodalen Applikationen der Vorrichtung von Bedeutung. So ist beispielsweise zur Objekterkennung und Abstandsermittlung des Objektes ein großer Divergenzwinkel günstig, da der durch Strahlung aktiv überwachbare Raumsektor dadurch entsprechend groß wird. Wird dagegen beispielsweise als Gegenmaßnahme Licht in eine vorgegebene Richtung abgestrahlt, so ist eine enge Bündelung des Strahls mit entsprechend kleinem Divergenzwinkel wünschenswert.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Eintrittsoptik als eine Cassegrain-Optik ausgebildet. Eine solche Optik umfasst einen parabolisch gekrümmten Hohlspiegel, welcher einfallende Strahlung sammelt und auf einen kleineren, vor dem Hohlspiegel positionierten, konvex gekrümmten Spiegel umlenkt. Von diesem konvexen Spiegel wird die Strahlung dann durch eine zentrale Ausnehmung des Hohlspiegels über den Eingangsstrahlengang zur Weiterverarbeitung geführt. Eine Cassegrain-Optik hat den Vorteil, dass durch die Umlenkung der Strahlung mit Spiegeln eine hohe Brennweite bei einer zugleich relativ geringen Gesamtlänge der Optik erreichbar ist. Somit ist die Cassegrain-Optik insbesondere für schwenkbare Systeme, deren Schwenkbereich aus konstruktiven und/oder technischen Gründen räumlich beschränkt ist, besonders geeignet.
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Bei der Eintrittsoptik führen sowohl der Eingangsstrahlengang als auch der Ausgangsstrahlengang durch die zentrale Ausnehmung des Hohlspiegels. Die Mittenausnehmung der Eintrittsoptik ist bei der Cassegrain-Optik durch eine weitere, zentrale und kreisförmige Ausnehmung in dem konvexen Spiegel gegeben. Innerhalb dieser letzten Ausnehmung ist die Kollimationsoptik angeordnet. Von außen betrachtet bildet der konvexe Spiegel eine ringförmige Blende, die die Aperturtrennung vorgibt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Eintrittsoptik eine Anordnung mit einer Anzahl von Spiegeln und/oder Prismen. Mit solchen kann der Eingangsstrahlengang und der Ausgangsstrahlengang derart umgelenkt werden, dass ein verzerrungsfreier und insbesondere von der Nickbewegung der Eintrittsoptik unabhängiger Übergang beider Strahlengänge zwischen der Eintrittsoptik und der Umlenkoptik dargestellt ist.
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Die Umlenkoptik, welche zwischen der Eintrittsoptik und der Verzweigungsoptik angeordnet und zur optischen Verbindung beider Optiken ausgebildet ist, indem der Eingangs- und des Ausgangsstrahlengang über die Umlenkoptik geführt wird, umfasst vorzugsweise ebenfalls eine Anordnung mit einer Anzahl von Spiegeln und/oder Prismen. Die Umlenkoptik dient dazu, die Strahlungssignale von der um die Nickachse schwenkbaren und gemeinsam mit der Umlenkoptik um die Längs- oder Rollachse drehbaren Eintrittsoptik auf die strukturfeste Verzweigungsoptik so zu übertragen, dass die Signale durch die Verschwenkbewegungen nicht verzerrt oder gestört werden.
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Da die Umlenkoptik relativ zur strukturfesten Verzweigungsoptik um die Längs- oder Rollachse drehbar gelagert ist, wird vorteilhafterweise der Eingangsstrahlengang und der Ausgangsstrahlengang zwischen der Umlenkoptik und der Verzweigungsoptik koaxial zur Längsachse geführt, da ein Strahlungssignal dabei durch eine Relativdrehung nicht beeinflusst wird. Die optische Achse des abbildenden optischen Systems liegt somit koaxial zur Längsachse. Da weiterhin die Eintrittsoptik relativ zur Umlenkoptik um die Nickachse schwenkbar gelagert ist, umfasst die Eintrittsoptik vorteilhafterweise einen Umlenkspiegel oder ein Umlenkprisma, der bzw. das den Eingangsstrahlengang und den Ausgangsstrahlengang um im Wesentlichen 90° umlenkt und auf einem Abschnitt koaxial zur Nickachse führt. Auf diesem Abschnitt findet der Übergang der Strahlengänge auf die Umlenkoptik statt, da ein Strahlungssignal durch diese optische Führung bei einer relativen Schwenkbewegung unbeeinflusst bleibt. Mit einer geeigneten Anordnung von Spiegeln und/oder Prismen werden in der Umlenkoptik die Strahlengänge zwischen den Übergangsstellen zur Eintrittsoptik und zur Verzweigungsoptik geführt.
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In einer Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die Umlenkoptik eine Anordnung von Linsen zur Erzeugung eines Zwischenbildes. Ein solche Linsenanordnung erlaubt eine Konvergenzkorrektur der Strahlengänge und somit eine relative Toleranz bei der Längengestaltung der Umlenkoptik.
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Die Verzweigungsoptik dient zur Trennung der passiven von aktiven Empfangskanälen. Die Trennung kann dabei mittels eines geeigneten Strahlteilers oder dergleichen erfolgen. Zweckdienlicherweise umfasst die strukturfeste Verzweigungsoptik ein Prisma oder eine Prismenanordnung, welches bzw. welche zumindest eine teilverspiegelte Innenfläche zur polarisations- und/oder zur frequenzabhängigen Zerlegung des Eingangsstrahlenganges in zumindest zwei separate Strahlengänge umfasst. Dabei kann die oder jede teilverspiegelte Innenfläche als Polarisationsfilter und -reflektor fungieren, beispielsweise derart dass zirkular polarisiertes Licht so aufgespalten wird, dass der Lichtanteil mit einer Polarisationsrichtung transmittiert wird und der komplementäre Lichtanteil mit transversaler Polarisationsrichtung reflektiert wird. Entsprechend kann die oder jede Fläche als selektiver Filter ausgebildet sein, beispielsweise als ein Schmalbandfilter, der nur Licht in einem schmalen Frequenzband transmittieren lässt und den Rest zurückreflektiert, oder umgekehrt als ein Schmalbandreflektor. Bei mehreren teilverspiegelten Innenflächen, beispielsweise in einem Strahlteilerwürfel, kann eine Vielfachaufspaltung des Lichtes in unterschiedliche Polarisations- und Frequenzanteile erfolgen, beispielsweise kann infrarotes und/oder ultraviolettes Licht und/oder linear polarisiertes sichtbares Licht und/oder dergleichen mehr in separate Strahlengänge aufgespalten und einer separaten Weiterverarbeitung zugeführt werden. Eine separate Verarbeitung der Strahlungsanteile ist insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungsmoden der Vorrichtung wünschenswert und erforderlich. Dabei ist zweckmäßigerweise zumindest ein separater Strahlengang und eine Detektoreinheit für Infrarotlicht eingerichtet, da Infrarotlicht als Wärmestrahlung überall vorhanden ist und somit mittels einer passiven Sensorik verarbeitbar für Aufklärungszwecke besonders geeignet ist.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Emittereinheit zur Abstrahlung von Laserlicht ausgebildet. Monochromatisches Laserlicht zeichnet sich durch eine große Kohärenzlänge aus, es ist zur Informationsübertragung daher besonders geeignet, beispielsweise für die Echtzeitmessung der Entfernung eines sich bewegenden Objektes.
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Durch eine geeignete teilverspiegelte Innenfläche oder durch einen Filter ist es möglich, für bestimmte Lichtfrequenzen ein Übersprechen des Lichtes von dem Ausgangsstrahlengang auf den Eingangsstrahlengang zu unterbinden. Da beispielsweise das für Gegenmaßnahmen abgestrahlte Licht nicht für eine Detektion zur Erfassungszwecken vorgesehen ist und eine hohe Intensität aufweist, wird durch eine spektrale Ausblendung dieses Lichtes an einer dafür ausgebildeten teilreflektierenden Fläche oder an einem Filter ein Übersprechen auf die oder jede Detektoreinheit verhindert. Damit wird insbesondere ein Infrarotdetektor vor Streustrahlung geschützt. Alternativ dazu kann speziell für Blendlaser eine Ausblendung durch zeitliches Multiplexen erfolgen.
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Bevorzugterweise ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche zur Identifikation eines einfallenden Strahlungssignals oberhalb eines kritischen Signal-Rausch-Verhältnisses nach zeitlicher und räumlicher Frequenz- und Intensitätsverteilung ausgebildet ist. Mittels einer solchen Auswerteeinheit sind Objekte hinsichtlich ihrer geometrischen Eigenschaften und ihrem Bewegungsverhalten identifizierbar. Beispielsweise stellt im Bereich des sichtbaren Lichtes die Identifikation der zeitlichen und räumlichen Frequenz- und Intensitätsverteilung einfallender Strahlung nichts anderes dar als den Prozess des Sehens an sich. In analogerweise ist die Auswerteeinheit beispielsweise dazu ausgebildet, die von der Infrarot-Detektoreinheit registrierte Wärmestrahlung, die ein Objekt aussendet, zu sehen und durch die individuelle Signatur der Strahlung das Objekt und seine Bewegung zu identifizieren.
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Weiterhin ist vorzugsweise die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, zurückreflektierte Anteile eines von der Emittereinheit abgestrahlten Lichtsignals über eine Detektoreinheit zur Abstandsermittlung eines Objektes zu identifizieren. Da eine Abstandsermittlung eines Objektes durch die von dem Objekt ausgesandte Strahlung nur eingeschränkt möglich ist, sendet die Emittereinheit ein Strahlungssignal mit einer speziellen Signatur aus, beispielsweise mit einer bestimmten Intensitäts- oder Frequenzmodulation. Die von dem Objekt zurückreflektierten Anteile des Signals, das optische Echo, werden dann in der oder jeder Detektoreinheit registriert. Durch eine Korrelation des emittierten und des detektierten Signals in der Auswerteeinheit ist die Zeitverschiebung zwischen den beiden Signalen, welche die Gesamtlaufzeit des Strahlungssignals darstellt, bestimmbar. Aus der Laufzeit kann der Abstand des reflektierenden Objektes ermittelt werden.
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In einer geeigneten Ausführungsvariante der Vorrichtung ist eine motorische Antriebseinheit vorgesehen, welche zum Verschwenken der Eintrittsoptik und der Umlenkoptik um die Nickachse bzw. um die Rollachse ausgebildet ist. Dies ist zum Erfassen einer Objektszene und zum Verfolgen von identifizierten Objekten von Vorteil.
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In einer zweckdienlichen Weiterbildung der Vorrichtung ist die Auswerteeinheit durch Vergleichen eines identifizierten Signals mit gespeicherten Daten zur Objekt- und Zielverifikation ausgebildet. Während eine primäre Objekterkennung durch die Analyse der von dem Objekt ausgesandten Strahlungsverteilung erfolgt, ist eine sekundäre Objekterkennung, welche das Objekt an sich als ein bestimmtes Objekt erkennt, erst durch eine Zuordnung der charakteristischen Strahlungsverteilung zu anderen bekannten Strahlungsdaten möglich. Ein derartiger Abgleich ist insbesondere zur Zielverifikation und zur Reduktion einer durch Fehlerkennung bedingten Falschalarmrate verwendbar.
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Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche zur Ansteuerung der motorischen Antriebseinheit in Abhängigkeit von der zeitabhängigen Einfallsrichtung eines identifizierten Signals, der Emittereinheit und zur Verstellung der Kollimationsoptik ausgebildet ist. Eine solche Steuereinheit ist insbesondere mit der Auswerteeinheit verbunden und sendet Steuerimpulse in Abhängigkeit von dem in der Auswerteeinheit identifizierten Signale. Ein durch die Auswerteeinheit identifiziertes, sich bewegendes Objekt kann somit über einen größeren Zeitraum durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit verfolgt und beobachtet werden, als es bei einer statischen Eintrittsoptik möglich wäre. Die Verfolgung ist insbesondere auch dann von Bedeutung, wenn die Vorrichtung selbst in einem sich bewegenden System installiert ist, und statische oder nichtstatische Objekte anvisiert.
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Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Suchkopf angegeben wird, der eine Vorrichtung der vorgenannten Art umfasst. Ferner wird ein Lenkflugkörper mit einem solchen Suchkopf angegeben.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung
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1 den Aufbau einer Vorrichtung mit einem abbildenden optischen System zur Erfassung einer Objektszene,
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2 eine weitere Vorrichtung mit einem abbildenden optischen System zur Erfassung einer Objektszene in einem Strukturgehäuse eines Suchkopfes, und
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3 schematisch einen Lenkflugkörper im Längsschnitt mit einem Suchkopf und einer Vorrichtung nach 1.
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In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung 1 mit einem abbildenden optischen System 2 zur Erfassung einer Objektszene. Das abbildende optische System 2 umfasst eine Eintrittsoptik 3, eine Umlenkoptik 4, und eine strukturfeste Verzweigungsoptik 5, die seriell hintereinander bezüglich einer Längsachse 6 angeordnet sind, wobei die Längsachse 6 zugleich die optische Hauptachse 7 des abbildenden optischen Systems 2 darstellt.
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Die Umlenkoptik 4, deren Begrenzung durch die gepunktete Linie dargestellt ist, ist gegenüber der strukturfesten Verzweigungsoptik 5 um die Längsachse 6 drehbar gelagert. Sowohl der Eingangsstrahlengang 8 als auch der Ausgangsstrahlengang 9 bleiben durch eine Drehung der Umlenkoptik 4 unbeeinflusst, da beide Strahlengänge zwischen der Umlenkoptik 4 und der strukturfesten Verzweigungsoptik 5 koaxial zur Längsachse 6 liegen. Weiterhin ist die Eintrittsoptik 3 gegenüber der Umlenkoptik 4 um eine zur Längsachse 6 orthogonal angeordnete Nickachse 10 um 180° schwenkbar gelagert, so dass der Ausgangsstrahlengang 9 den gesamten vor der Eintrittsoptik liegenden Halbraum 11 überstreichen kann. Sowohl der Eingangsstrahlengang 8 als auch der Ausgangsstrahlengang 9 bleiben durch eine Drehung der Eintrittsoptik 3 relativ zur Umlenkoptik 4 unbeeinflusst, da beide Strahlengänge 8, 9 zwischen der Eintrittsoptik 3 und der Umlenkoptik 4 koaxial zur Nickachse 10 liegen. Zur Umlenkung des Eingangsstrahlengang 8 und des Ausgangsstrahlengang 9 sind mehrere jeweils um 45° zur Längsachse 6 verkippte vollverspiegelte Flächen 12, 13 vorgesehen.
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Die Eintrittsoptik 3 umfasst eine Cassegrain-Optik 14 mit einem parabolischen Hohlspiegel 15 und einem konvexen Fangspiegel 16. Der parabolische Hohlspiegel 15 weist eine zentrale Ausnehmung 17 auf, durch welche die Strahlengänge 8, 9 führen. Eine in die Eintrittsoptik 3 einfallende Strahlung wird entlang des Eingangsstrahlenganges 8 zunächst an dem Hohlspiegel 15 reflektiert und zum Fangspiegel 16 geleitet und von dort aus zur zentralen Ausnehmung 17 zurückreflektiert.
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Die Eintrittsoptik 3 weist eine Aperturtrennung 18 auf, durch die der Ausgangsstrahlengang 9 von dem Eingangsstrahlengang 8 separiert wird. Die Aperturtrennung 18 ist durch eine ringförmige Ausgestaltung des Fangspiegels 16 vorgegeben, in dessen Mittenausnehmung 19 eine verstellbare Kollimationsoptik 20 zur Fokussierung einer entlang des Ausgangsstrahlengangs 9 propagierenden Strahlung angeordnet ist.
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Die zentrale Ausnehmung 17 des Hohlspiegels wird durch ein Prisma 21 abgeschlossen, welches endseitig an die vollverspiegelte Fläche 12 anschließt. An der vollverspiegelten Fläche 12 wird die einfallende Strahlung entlang des Eingangsstrahlenganges 8 um 90° reflektiert, so dass die Strahlung auf einem Abschnitt parallel zur Nickachse 10 propagiert. Hier findet der Übergang zur Umlenkoptik 4 statt.
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Die Funktion der Umlenkoptik 4 besteht im Wesentlichen darin, die Strahlengänge 8,9 von der Übergangsstelle zur Eintrittsoptik 3 wieder koaxial zur Längsachse 6 an der Stelle des Übergangs zur strukturfesten Verzweigungsoptik 5 zu führen. Hierzu sind drei um jeweils 45° zur Längsachse 6 verkippte vollverspiegelte Flächen 13 eingerichtet, an welche jeweils drei korrespondierende Prismen 22 mit geeignetem Brechungsindex anschließen. Aus konstruktiven Gründen ist die Brennweite der Eintrittsoptik zur Erzeugung eines Zwischenbildes vor der Linse 23 eingestellt, die das Zwischenbild auf den Detektor 27 abbildet.
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An der Übergangsstelle zur Umlenkoptik 4 umfasst die strukturfeste Verzweigungsoptik 5 einen kompakten und optisch dichten Strahlteilerwürfel 24, in welchen auf der Würfeldiagonalen eine teilverspiegelte Innenfläche 25 eingelassen ist. Hinter dem Strahlteilerwürfel 24 ist eine Fokussierungsoptik 26 und ein Infrarotdetektor 27 angeordnet. Die teilverspiegelte Innenfläche 25 wirkt reflektierend für Wellenlängen kleiner als der durch den Detektor 27 zu erfassenden, so dass lediglich die gewünschten Infrarotanteile einer über den Eingangsstrahlengang 8 in das abbildende optische System 2 einfallenden Strahlung im Strahlteilerwürfel 24 transmittiert werden und weiter entlang des Strahlengangs 8 hinter der teilverspiegelten Innenfläche 25 dem Infrarotdetektor 27 zugeleitet werden. Höherfrequentes Licht als Infrarotlicht, wie die von einer Laseremittereinheit 28 ausgesandte Strahlung, welche entlang des Ausgangsstrahlengangs 9 propagiert, wird an der teilverspiegelten Innenfläche 25 reflektiert. Eine weitere teilverspiegelte Fläche 29 reflektiert das von der Laseremittereinheit 28 abgestrahlte Licht, ist jedoch transmittierend für weitere Lichtanteile, welche entlang des Achsenabschnitts 30 propagieren und von einer Detektor- oder Emittereinheit 31 detektiert bzw. emittiert werden.
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Die Laseremittereinheit 28 kann beispielsweise zur Abstandsmessung und somit insbesondere zur Verifikation von Objekten anhand ihrer Bewegungsmuster eingesetzt werden. Das entsprechende Modul kann als Einheit gefertigt sein und muss bei Bedarf lediglich an die Vorrichtung angeflanscht werden. Der Empfangsdetektor kann beispielsweise ein sensitiver Einzeldetektor sein, der in der Bildebene des Sendekanals integriert ist. In Szenarien, in denen zu einer Verifikation keine Abstandsinformation benötigt wird, kann der entsprechende Kanal beispielsweise durch einen zusätzlichen abbildenden passiven Detektor (z. B. im nahen Infrarot) ersetzt werden. Alternativ kann auch ein Blendlaser in den optischen Strahlengang eingekoppelt und auf das Zielobjekt ausgerichtet werden. Damit ist eine modulare Architektur abhängig vom Einsatzszenario gegeben.
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2 zeigt eine weitere Vorrichtung 1' mit einem abbildenden optischen System 2 zur Erfassung einer Objektszene in einem Strukturgehäuse 32 eines Suchkopfes 33. Sichtbar ist die durch eine gestrichelte Linie eingegrenzte Verzweigungsoptik 5 sowie der durch eine gepunktete Linie umfasste Block 34, welcher die Eintrittsoptik 3 und die Umlenkoptik 4 umfasst. Die in dem Block 34 enthaltenen Bauteile der Vorrichtung 1' sind relativ zu dem Strukturgehäuse 32 über die Umlenkoptik 4 an den Lagerstellen 35 vollständig drehbar, also drehbar um 360°, um die Längsachse 6 gelagert. Weiterhin ist die Eintrittsoptik 3 an den Lagerstellen 36 drehbar gelagert, so dass die Eintrittsoptik 3 um die Umlenkoptik 4 um 180° verschwenkbar ist. Durch die Kombination beider Rotationsfreiheitsgrade ist die Eintrittsoptik 3 gegenüber dem Strukturgehäuse 32 in jede beliebige Raumrichtung des Halbraums 11 vor der Nickachse 10 ausrichtbar. Der Halbraum 11 wird dabei durch diejenige strukturfeste Ebene begrenzt, die orthogonal zur Längsachse 6 liegt und in der stets die Nickachse 10 liegt. Das Strukturgehäuse 32 ist im Gebiet des Halbraums durch einen Dom 37 aus Glas oder aus einem transparenten Kunststoff gebildet.
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Weiterhin sichtbar ist die Cassegrain-Optik 14 der Eintrittsoptik 3, die eine einfallende Strahlung entlang des Eingangsstrahlenganges 8 über den Hohlspiegel 15 und den Fangspiegel 16 in die zentrale Ausnehmung 17 des Hohlspiegels 15 und auf das Prisma 21 leitet. An der vollverspiegelten Fläche 12 wird die Strahlung auf die Umlenkoptik 4 gelenkt, und in der Umlenkoptik 4 über mehrere Prismen 22 und vollverspiegelte Flächen 13 auf den Strahlteilerwürfel 24 in der strukturfesten Verzweigungsoptik 5. Von dem Strahlteilerwürfel 24 laufen drei verschiedene Frequenzkanäle des Empfangsstrahlenganges 8 über Fokussierungsoptiken 26 jeweils zu dem Infrarotdetektor 27 sowie zu den Detektoren 38 und 39. Über eine vollverspiegelte Fläche 40 wird der Empfangsstrahlengang 8 zu dem Detektor 39 geführt, der aus Platzgründen derart angeordnet ist. Zur Ausbildung eines Verifikators kann beispielsweise an der Stelle des Detektors 39 ein Laseremitter und ein Laserdetektor zur Aussendung und Erfassung von Laserstrahlung eingesetzt werden.
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Das ausgesendete Laserlicht wird dabei über den Strahlteilerwürfel 24 in die Umlenkoptik 4 eingekoppelt und über die Eintrittsoptik 3 durch die Mittenausnehmung 19 des Fangspiegels 16 ausgekoppelt.
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Wird in gleicher Weise noch ein Blendlaser in den optischen Strahlengang eingekoppelt, so muss die Sendeoptik für beide Wellenlängen, nämlich der des Abstandslasers und der des Blendlasers, ausgelegt sein. Ist dies nicht möglich, so kann der Strahlteilerwürfel 24 zur zusätzlichen Einkopplung des Blendlasers genutzt werden.
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Die dargestellten Vorrichtungen 1 und 1' weisen die Vorteile eine kompakten Integration sowohl einer aktiven als auch einer passiven Multisensorik auf. Die aktive und die passive Sensorik sind über einen kollinearen Aufbau mit einem gemeinsamen optischen Fenster bzw. Dom verfügbar. Durch die Aperturtrennung des Eingangsstrahlengangs und des Sendestrahlengangs wird eine erhöhte Gesamteffizienz erzielt. Eine modulare Verwendung verschiedener Sende-/Empfangseinheiten, z. B. zur Abstandsmessung, zur Zielbeleuchtung, zu einer Tracksensorik mit Abstandsmessung oder zur Blendung, ist ermöglicht.
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In 3 ist ein Lenkflugkörper 41 im Längsschnitt mit einem Suchkopf 33 und mit einer Vorrichtung 1 nach 1 dargestellt. Der Lenkflugkörper 41 umfasst eine Auswerteeinheit 42 zur Identifikation von von der Vorrichtung 1 detektierten Strahlungssignalen, eine motorische Antriebseinheit 43 zum Antrieb von mechanischen Komponenten der Vorrichtung 1, sowie eine Steuereinheit 44, welche die motorische Antriebseinheit 43 nach Vorgaben entsprechende der in der Auswerteeinheit 42 gewonnenen Daten ansteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 1'
- weitere Vorrichtung
- 2
- abbildendes optische System
- 3
- Eintrittsoptik
- 4
- Umlenkoptik
- 5
- strukturfeste Verzweigungsoptik
- 6
- Längsachse
- 7
- optische Hauptachse
- 8
- Eingangsstrahlengang
- 9
- Ausgangsstrahlengang
- 10
- Nickachse
- 11
- Halbraum
- 12
- vollverspiegelte Fläche
- 13
- weitere vollverspiegelte Fläche
- 14
- Cassegrain-Optik
- 15
- Hohlspiegel
- 16
- Fangspiegel
- 17
- zentrale Ausnehmung im Hohlspiegel
- 18
- Aperturtrennung
- 19
- Mittenausnehmung
- 20
- Kollimationsoptik
- 21
- Prisma
- 22
- weiteres Prisma
- 23
- zwischenbilderzeugende Linse
- 24
- Strahlteilerwürfel
- 25
- teilverspiegelte Innenfläche
- 26
- Fokussierungsoptik
- 27
- Infrarotdetektor
- 28
- Laseremittereinheit
- 29
- teilverspiegelte Fläche
- 30
- Achsenabschnitt
- 31
- Detektor- oder Emittereinheit
- 32
- Strukturgehäuse
- 33
- Suchkopf
- 34
- Block
- 35
- Lagerstelle
- 36
- Lagerstelle
- 37
- Dom
- 38
- Detektor
- 39
- Detektor
- 40
- vollverspiegelte Fläche
- 41
- Lenkflugkörper
- 42
- Auswerteeinheit
- 43
- motorische Antriebseinheit
- 44
- Steuereinheit
