DE3510468C1 - Video-Abbildungsvorrichtung für passive Infrarot-Zielsucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Video-Abbildungsvorrichtung, insbesondere zur Verwirklichung eines passiven Infrarot- Zielsuchers.

Die bei derartigen Vorrichtungen im allgemeinen ange­ wendete Lösung besteht darin, den Detektor und seine Optik auf demselben Träger anzuordnen, der um zwei ortho­ gonale Achsen orientierbar ist. Der so ausgebildete Trä­ ger ist zumeist durch Gyroskopeffekt stabilisiert, ent­ weder direkt oder durch den Kreisel des Gyroskops, der auf dem als Kardananordnung ausgebildeten Träger ange­ ordnet ist, oder indirekt durch mechanische oder elek­ trische Verbindung mit einer stabilisierten Plattform. Unter diesen Bedingungen kann sich die optische Achse, welche die Visierachse der Vorrichtung bildet, relativ zu einer Referenzachse bewegen, welche im Falle eines Zielsuchers durch die Längsachse des Flugkörpers gebil­ det ist, also durch eine Achse, die mit dem Flugkörper verbunden ist, welcher die gesamte Abbildungsvorrichtung trägt. Diese Anordnung erfordert elektrische Verbindungen zwischen dem beweglichen Teil und dem Gehäuse des Flug­ körpers, insbesondere Verbindungen zu den Verarbeitungs- und Auswerteschaltungen für die erfaßten Signale. Solche Anordnungen sind folglich mit Mängeln behaftet, die auf durch die Verbindungen verursachte Störmomente zurück­ gehen, wobei noch die Sachzwänge zu berücksichtigen sind, die sich aus der Anordnung der Kühlvorrichtung des Detek­ tors ergeben.

Aus der FR-PS 2 492 516 ist eine Lösung bekannt, die es gestattet, den Detektor fest am die gesamte Baugruppe tragenden Gerüst anzuordnen, welches bei einem Zielsu­ cher dem Gehäuse des Flugkörpers entspricht. Da die Detektorvorrichtung nicht mehr durch die höhen- und seitenwinkelorientierbare (oder kreisförmig orientier­ bare) Struktur getragen wird, ergibt sich eine große Vereinfachung der Ausrüstung und eine Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit.

Gemäß dieser Lösung umfaßt die Video-Abbildungsvorrich­ tung ferner Bildversetzungsmittel, um die Lage des Bild­ mittelpunktes in der Detektorebene bei Drehbewegungen nach Höhenwinkel und Drehlage unverändert zu halten. Diese Bildversetzungsmittel sind aus ebenen Spiegeln, äquivalenten Prismenanordnungen oder geordneten Licht­ leiterbündeln gebildet. Diese Bildversetzungsoptik ge­ währleistet zwar die Stabilität der ausgangsseitigen optischen Achse, führt jedoch eine Bilddrehung ein, die von Drehbewegungen abhängt, welche um die Achsen der orientierbaren Anordnung aufgeprägt werden, wobei diese Drehbewegungen als Höhenwinkel-Drehung und Kreisdrehung der optischen Achse bezeichnet werden. Zur Kompensation dieser Bilddrehung muß die Vorrichtung mit Winkelaufneh­ mern ausgestattet werden, welche die Höhenwinkel- und Kreisdrehung messen, und mit Kompensationseinrichtungen versehen werden, welche die erforderliche Korrektur aus­ gehend von den gemessenen Winkelwerten durchführen. Die­ se Kompensationseinrichtungen können verschiedenartig ausgebildet sein, wobei die angewendete Lösung elektro­ nisch oder optisch sein kann.

Die obengenannten Lösungen sind aber mit Einschränkungen insofern verbunden, als die gleichzeitige Erfüllung von verschiedenen interessierenden Funktionsmerkmalen be­ troffen ist, insbesondere eine große Höhenwinkelauslen­ kung und Kreisdrehungsauslenkung, ohne die Pupille der Vorrichtung zu verändern, die möglichst groß sein muß, wobei ferner eine geringe Massenträgheit der orientier­ baren Baugruppe gewünscht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwen­ dung der oben beschriebenen Technik eine Lösung vorzu­ schlagen, die es gestattet, alle interessierenden Funk­ tionsmerkmale gleichzeitig zu erreichen, insbesondere große Werte der Winkelauslenkung, die 60 bis 70° errei­ chen kann, wobei hinsichtlich der Pupille praktisch keine Beeinträchtigungen durch Bauteile wie Befestigun­ gen, Antriebe, Winkelaufnehmer und dergleichen im Ver­ lauf dieser Auslenkungen auftreten. Durch eine geringe Massenträgheit der Baugruppe wird ferner ein sehr schnel­ les Ansprechen erreicht, so daß das Gerät zur Durchfüh­ rung einer Zielsuchphase verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Video-Abbildungsvorrichtung enthält eine optische Einheit zur Erzeugung eines Bildes des Beobachtungsfeldes in der Beobachtungsebene einer De­ tektorvorrichtung, wobei diese optische Einheit ein Eintrittsobjektiv, welches von einer mit wenigstens zwei Freiheitsgraden durch Antriebsmittel zur Drehung um zwei mechanische, aufeinander senkrechte Achsen zur Orientierung der optischen Visierachse um ein Drehzen­ trum orientierbaren Halterung getragen wird, und eine Bildversetzungsoptik zur Bewahrung der Bildzentrierung in der Erfassungsebene umfaßt, wobei der Detektor fest verbunden ist mit einem Gerüst, welches auch diese op­ tische Einheit über die orientierbare Halterung trägt, und wobei Mittel zum Kompensieren der Bilddrehung, die durch die Versetzungsoptik verursacht wird, vorgesehen sind, welche Meßwertaufnehmer für die genannten aufein­ ander senkrechten Winkeldrehungen umfassen; diese Vor­ richtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ mittel zwei Motoren aufweisen, die ebenso wie die Win­ kel-Meßwertaufnehmer außerhalb der Halterung angeordnet und mit dem Gerüst fest verbunden sind, so daß ein orientierbarer Kopf mit geringer Massenträgheit und großen Winkelauslenkungen geschaffen wird.

Im Infrarotbereich, insbesondere in den Bereichen von 3 bis 5 µm und 8 bis 12 µm, stehen derzeit keine Matrix­ detektoren oder passenden Röhren zur Verfügung, so daß eine Detektorzeile verwendet wird; um das Bildfeld vor der linearen Detektorzeile vorbeilaufen zu lassen, muß daher eine optische Ablenkvorrichtung vorgesehen werden. Bestimmte Lösungen sind geeignet, um ein Bild linear in einer zur Detektorzeile senkrechten Richtung vorbeilau­ fen zu lassen, um eine Ablenkung entsprechend rechtwink­ ligen Koordinaten X und Y zu erzeugen. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der FR-PS 2 477 349 beschrieben; sie beruht auf der Anwendung eines Kranzes von reflek­ tierenden Zweiflachen. Bei anderen Lösungen wird eine kreisförmige Ablenkung erzeugt, indem das Bild um ein Zentrum gedreht wird, wobei die Detektorzeile radial von diesem Zentrum ausgehend angeordnet wird. Diesbezüglich wird auf die FR-PS 2 492 616 verwiesen, die eine Lösung mit Zylinderlinsen beschreibt, oder auf die FR-PS 2 528 981, bei der ein rotierendes reflektierendes Zweiflach ver­ wendet wird.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Video-Abbildungsvorrichtung für den Einsatz im In­ frarotbereich bestimmt und mit einem optischen Ablenk­ system ausgestattet, um die lineare oder kreisförmige Ablenkung hervorzurufen, die im Bereich der Detektorzei­ le benötigt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form der Video-Abbildungsvorrichtung;

Fig. 2 die Referenz-Trieder des Gerüstes und der Visier­ optik;

Fig. 3 bis 6 schematische Detaildarstellungen von Antriebs­ mechanismen für eine Kreisbewegung und Höhen­ winkelbewegung der orientierbaren Halterung, welche die Empfangsoptik trägt;

Fig. 7 ein vereinfachtes Schema, das die Anordnung der Mittel zur kreisförmigen Bildabtastung zeigt;

Fig. 8 eine zweckmäßig Ausführung der Verschwenkung im Suchbetrieb der Abbildungsvorrichtung; und

Fig. 9 ein allgemeines Blockdiagramm des orientierba­ ren Kopfes mit den zugeordneten Verarbeitungs- und Regelschaltungen.

Es wird zunächst auf das allgemeine Schema der Fig. 1 Bezug genommen. Die Video-Abbildungsvorrichtung umfaßt ein Eintrittsobjektiv 1, das von einer Halterung 2 ge­ tragen wird, die mit zwei Freiheitsgraden orientierbar ist, eine Bildversetzungsoptik 3 und einen Detektor 4. Die orientierbare Halterung ist eine Kardan-Halterung mit einem ersten Rahmen 21, der um eine Achse Z orien­ tierbar ist, welche als Kreisachse bezeichnet wird, und einen zweiten Rahmen 22, der um eine zur Achse Z senk­ rechte Achse drehbar ist. Dieser zweite Rahmen trägt die Eintrittsoptik 1 und einen Teil der Bildversetzungsoptik. Die Bildversetzungsoptik ist eine katadioptrische Lösung mit fünf ebenen Spiegeln. Die Spiegel 31, 32, 33 sind fest mit dem Rahmen 22 verbunden und werden verwendet, um die optische Eintrittsachse entsprechend der Drehrich­ tung des Rahmens 22 zu reflektieren. Ein vierter Spiegel 34, der im Zentrum O der Kardananordnung angeordnet ist, reflektiert in der anderen Drehrichtung. Ein fünfter Spiegel 35, der fest mit dem feststehenden Gerüst 5 bzw. mit dem Gehäuse des Flugkörpers verbunden ist, lenkt die optische Achse in ihre endgültige Richtung zum Detektor 4, der seinerseits am Gerüst 5 angebracht ist.

Der mit 6 bezeichnete Block stellt die gesamten Versor­ gungskreise und Schaltungen zur Verarbeitung und Auswer­ tung der erfaßten Signale dar. Für den Fall einer Detek­ torzeile sind die optischen Ablenkmittel durch die Optik 7 dargestellt, welche die Feldablenkung bewirkt, wobei die­ se Optik durch einen Motor 70 angetrieben wird, mit dem ein Winkel-Meßwertaufnehmer 71 gekoppelt ist.

Um große Winkelauslenkungen zu gewährleisten, ohne die Funktion der Pupille der Vorrichtung zu beeinträchtigen, erfolgt der Antrieb der Rahmen 21 und 22 durch äußere Antriebsorgane. Die Kreisbewegung um die Achse Z ist in der schematischen Darstellung durch einen Motor 10 ver­ deutlicht, der an der Achse angreifend dargestellt ist und dessen Außenkäfig bzw. Stator feststehend und mit dem Gerüst 5 fest verbunden ausgebildet ist. Die Höhen­ winkel-Drehung um die Achse Y geschieht mittels eines Motors 11, dessen Außenkäfig feststehend angeordnet ist und welcher den Rahmen 22 über eine besondere Pleuel- und Kurbelanordnung antreibt, die später beschrieben wird. Zu den weiteren eingezeichneten Elementen zählen die Winkel-Meßwertaufnehmer 12 und 13, welche die Höhen­ winkeldrehung und die Kreisbewegung erfassen, wobei die­ se Meßwertaufnehmer direkt an die Motoren 11 und 12 an­ gekoppelt sind. Die erfaßten Winkelwerte werden insbe­ sondere verwendet, um die Bilddrehungs-Korrekturen vor­ zunehmen, die durch die Bildversetzungsvorrichtung 3 erforderlich werden. Die entsprechenden Mittel sind nicht dargestellt und können in den Blöcken 7 sowie 70 enthal­ ten sein.

Anhand von Fig. 2 können die Achsen dieses Gerätes defi­ niert werden. Die Achsen X, Y und Z werden als normier­ tes Referenz-Achsenkreuz bzw. -Trieder des Flugkörpers angenommen, während das Achsenkreuz X1, Y1, Z1 fest mit der orientierbaren Eintrittsoptik verbunden ist. Die Richtung Xi stellt die optische Achse dar, also die Zielachse oder Visierachse des Geräts. Bei den gezeig­ ten Verhältnissen werden eine erste Drehung θ₁ als Kreis­ drehung um die Achse Z, wodurch die Visierachse in die Zwischenstellung X1 gelangt ist, und eine Höhenwinkel­ drehung um den Wert θ₂ um die Achse Y1 betrachtet, wo­ durch die endgültige Lage X1, Y1, Z1 des dem Flugkörper entsprechenden Achsenkreuzes erhalten wird. Es versteht sich, daß die Reihenfolge der Drehungen vertauscht wer­ den kann.

So erfahren die Empfangsoptik 1 und die katadioptrische Kopfoptik, die durch die Spiegel 31, 32 und 33 gebildet ist, da sie fest mit dem Rahmen 22 verbunden sind, zwei Drehungen 1 und 2. Der Spiegel 34, der fest mit dem Rahmen 21 verbunden ist, erfährt nur die Drehung 1. Der Spiegel 35 ist feststehend und fest mit dem Gerüst 5 ver­ bunden.

Der Detektor 4 ist in Zuordnung zu seinem Kühlsystem 40 gezeigt, wobei die gesamte Baugruppe an dem Gerüst 5 be­ festigt ist.

Das optische System des Geräts umfaßt ferner Feldlinsen und zusätzliche Linsen, welche zur Korrektur und Bild­ erzeugung von guter Qualität auf dem Detektor beitragen, wobei diese zusätzlichen Elemente in dem vereinfachten Schema nicht dargestellt sind.

Die Empfangsoptik ist vorzugsweise als Cassegrain-Anord­ nung ausgebildet, mit einem konkaven Hauptspiegel und einem ebenen oder konvexen Hilfsspiegel. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, geht die optische Empfangsachse durch das Zentrum O der Kardananordnung, welches das Augenblicks­ drehzentrum der orientierbaren beweglichen Baugruppe bildet.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Antriebsmotoren für die Rahmen 21 und 22 der Kardananordnung. Die gezeigte An­ ordnung wird bevorzugt, denn sie gewährleistet eine na­ türliche Entkopplung für kleine Bewegungen des Flugkör­ pers um die Achsen Y und Z. Die Motoren, welche die zwei Bewegungen steuern, sind mit ihrem Außenkäfig fest am Gerüst 5 angeordnet, welches die gesamte Baugruppe trägt, im Falle eines Zielsuchers also am Gehäuse des Flugkör­ pers. Der Motor 10 steuert direkt die Achse Z über einen Riemen 13 und Riemenscheiben 14, 15. Dieser Antrieb kann in der gezeigten Weise im Verhältnis 1/1 erfolgen. Die zweite Bewegung wird durch den Motor 11 gesteuert, wel­ cher um die Achse Y1 der beweglichen Baugruppe antreibt, um die Höhenwinkeldrehung θ₂ um diese Achse durch eine Pleuel-Kurbel-Anordnung zu übertragen. Die Kurbel 16 wird durch den Motor 11 in Drehung versetzt und treibt den Rahmen 22 über das Pleuel 17 an. Diese Ausbildung ist nur möglich, weil Ankopplungssysteme 18 und 19 mit zwei Freiheitsgraden an den Enden des Pleuels auf der Seite des Rahmens 22 einerseits und auf der Seite der Kurbel 16 andererseits vorgesehen sind.

Die Drehbewegung θ₃ des Motors 11 ist nicht gleich der Drehung θ₂, die um die Achse Y1 erhalten werden muß, sondern in bekannter Weise eine Funktion folgender Para­ meter: die Drehwinkel θ₁ und θ₂ sowie als mechanische Parameter die Länge L des Pleuels 17, die Entfernung R zwischen dem Zentrum O der Kardananordnung und der An­ griffsstelle des Pleuels am Rahmen 22 sowie der Abstand R′ zwischen dem Pleuel an seiner Befestigungsstelle 18 und der Drehachse des Motors 11. Diese Funktion kann aus der analytischen Geometrie abgeleitet werden. Die bei dieser Darstellung nicht gezeigte geregelte Stellungs­ nachführung geschieht durch Hilfsschaltungen mit einer sekundären Schleife, die derart ausgebildet ist, daß bei einer Drehung θ₁ die Kurbel so gedreht wird, daß der ge­ wünschte Wert θ₂ aufrechterhalten und konstant bleibt.

Die nicht gezeigten Winkel-Meßwertaufnehmer sind an den Motorachsen derart angebracht, daß sie die Drehwinkel θ₁ und θ₃ messen, um den Drehwinkel θ₁ um Z und θ₂ um Y2 abzuleiten. Dabei ist die Drehung θ₂ eine Funktion der zwei Drehungen θ₁ und θ₃ sowie der oben angegebenen Wer­ te L, R und R′.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Anordnung der Motoren nicht beliebig. Wenn die Ebene P₁ betrachtet wird, welche durch die Achsen OX und OZ geht, also die Mittelebene der Anordnung für Winkelwerte θ₁ und θ₃ gleich Null, so ist die Achse des Motors 10 in dieser Ebene enthalten, während die Achse des Motors 11 pa­ rallel zur Richtung der Achse Y verläuft, entsprechend welcher sie so angeordnet ist, daß der Antrieb durch das Pleuel 17 sich in dieser Referenzstellung im wesent­ lichen in der Mittelebene befindet.

Diese Ausbildung der mechanischen Orientierungsvorrich­ tung und ihre Arbeitsweise in Verbindung mit den Anlenk­ punkten des Pleuels werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher beschrieben. Die Anlenk­ stellen 18 und 19 an den Enden des Pleuels 17 sind als zweiachsige Ausführungen vom Kardantyp oder dergleichen ausgebildet. Es wird eine Achse A₁ auf der Seite des Rahmens 22 angenommen, um welche die Anlenkung 19 dreh­ bar ist, wobei diese Anlenkung eine zweite Achse A₁₀ aufweist, die senkrecht zur Achse A₁ ist und um welche die Anlenkung in einer zu A₁ senkrechten Ebene drehbar ist. Auf der Seite der Anlenkung 18 wird mit A₂ eine erste Anlenkachse bezeichnet, die einer kleinen mecha­ nischen Achse am Ende der Kurbel 16 entspricht, wobei die Anlenkung 18 ferner eine zweite Drehachse A₂₀ auf­ weist, die senkrecht zur Achse A₂ ist. Es ist zu beach­ ten, daß die Achse A₂, die fest mit der Kurbel verbunden ist, eine feste Richtung besitzt, welche parallel zur Richtung der Drehachse Y₂ des Motors 11 ist, und ihre Richtung ist also parallel zu Y des Referenz-Achsen­ kreuzes. Für verschwindende Anfangswerte θ₁ und θ₂ be­ finden sich die Rahmen 21 und 22 in der in Fig. 3 ange­ gebenen Stellung, während die Achsen Y₁ und Y₂ parallel sind, ebenso wie die Achsen A₁ und A₂. Wenn anschließend die Rahmen eine Kreisdrehung θ₁ und eine Höhenwinkel­ drehung θ₂ erfahren, ändern sich die relativen Stellun­ gen der Achsen A₁ und A₂, die dann nicht mehr parallel sind, was durch die kardanische Ausbildung ermöglicht wird. Fig. 5 zeigt eine übliche Kardanausbildung mit zwei Achsen. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer Kardananordnung mit Schwenkzapfen an einem Ende. Weitere Ausführungen sind möglich, z. B. einfache Kugel­ gelenke oder Kugellager-Gelenke.

Es wird nun eine Ausführungsform für den Infrarotbereich und mit einem linearen Detektor beschrieben, wobei die Vorrichtung zwischen dem Ausgang der Bildversetzungs­ optik und dem Detektor eine optische Einheit 7 umfaßt, die eine Drehablenkung herbeiführt. Diese Ablenkung kann in der bereits beschriebenen Weise mittels Zylinderlin­ sen oder optischen Systemen, einem Wollaston-Prisma oder dergleichen, geschehen, insbesondere eine Ausführungs­ form mit drei Spiegeln, die anhand der Fig. 7 verdeut­ licht ist, wo eine Eingangsoptik 1 vom Cassegrain-Typ, ein komplementäres Konvergenz-Objektiv 1C zur Abgabe der Strahlung als paralleles Bündel an den Eingang der Bild­ versetzungsvorrichtung 3 und die Drehablenkanordnung 70, welche durch drei ebene Spiegel 72, 73 und 74 gebildet ist, vorgesehen sind. Die Einheit wird um die optische Ausgangsachse der Bildversetzungsoptik durch den Motor 71 angetrieben, die eine konstante Drehgeschwindigkeit ω aufprägt, wodurch das Bild in der Erfassungsebene mit der Geschwindigkeit 2ω rotiert, so daß alle Bildpunkte nacheinander durch die Zeile 4 abgetastet werden, von der jedes Photodetektorelement jeweils diejenigen Punkte analysiert, die in einer entsprechenden Entfernung vom Bildzentrum C liegen.

Die Kombination der beschriebenen Drehablenkung mit der orientierbaren Optikeinheit, die es ermöglicht, die Visierachse in bezug auf die Referenzachse X des Systems zu verlagern, ermöglicht sehr zweckmäßige Verschwenkun­ gen im Suchbetrieb. Fig. 8 stellt ein Beispiel einer erreichbaren Ablenkung dar. Das Suchen erfolgt um eine Richtung und mit bestimmten Winkelamplituden. Die bei­ den Motoren für den Kreisbewegungsantrieb und den Höhen­ winkelantrieb sind zu diesem Zweck derart geregelt, daß sie jeweils Sinusschwingungen erzeugen, die um 90° ver­ setzt sind, um Lissajoux-Figuren zu erzeugen. Mit Kreis­ bewegungs- und Höhenwinkel-Amplituden, die langsam zu­ nehmen und dann langsam als Funktion der Zeit abnehmen, so daß der Feldmittelpunkt eine sich erweiternde und an­ schließend zusammenziehende Archimedes-Spirale beschreibt, wird ein Ablenkdiagramm erhalten, gemäß welchem der Feld­ mittelpunkt langsam wie in Fig. 8 dargestellt abgelenkt wird. Je nach der gewünschten Ablenk- bzw. Suchfigur kann die Ablenkung auch kreisförmig oder elliptisch er­ folgen. Im letzteren Falle sind die Amplituden für die Kreisbewegung und die Höhenwinkelbewegung verschieden.

Die schnelle Ablenkung des Augenblicksfeldes (Feldab­ lenkung mit der Geschwindigkeit 2ω), welche der beschrie­ benen Bewegung überlagert ist, führt zu einer Figur der dargestellten Art. In dieser Figur ist in einem Punkte die Erforschungsdichte dargestellt, die durch die Kreis­ ablenkung 70 am Punkte M geschieht. Mit einer sich erst erweiternden und anschließend verengenden Spirale ist die Erforschungsdichte für die Vorrichtung ausreichend. Bei einer solchen Ablenkung geschieht die Sucherfor­ schung innerhalb von kurzen Zeiten, beispielsweise etwas mehr als 1 Sekunde pro Spirale für eine große Bildfeld- Winkelzone, die 20° mal 30° erreichen kann.

Der beschriebene optomechanische Kopf weist eine Anzahl von Vorteilen auf, die hauptsächlich folgende sind:

• - die Entkopplung von kleinen schnellen Bewegungen des Flugkörpers um die Achsen Y und Z;
• - die Erzielung einer möglichst großen, große Reichwei­ ten garantierenden Kreisoberfläche, da die Systeme zum Antreiben der Aufhängung um die Achsen Z und Y nach außerhalb verlagert sind und fest mit der fest­ stehenden Struktur verbunden sind, welche durch das Gehäuse des Flugkörpers gebildet ist;
• - Die Verwendung eines feststehenden Detektors, der mit seinem Kühlsystem ebenfalls fest mit dem Gehäuse des Flugkörpers verbunden ist, so daß keine störenden Mo­ mente durch elektrisch Geräte oder Kühlschläuche her­ vorgerufen werden;
• - die Erzielung von sehr großen Winkelauslenkungen in der Größenordnung von 60 bis 70°, und zwar sowohl im Höhenwinkel als auch bei der Kreisbewegung, wodurch es ermöglicht wird, einen Flugkörper auf ein sehr breites Feld abzufeuern (in einem sehr großen Höhen­ winkelbereich, das Abfeuern auf ein Ziel, welches sehr stark exzentrisch zur Längsachse des Flugzeugs liegt, aufgrund von Nahkampfbedingungen oder starker Neigung, schnelle Vorbeibewegung des Ziels, die zu Flugbahnen mit einem Flugkörper-Geschwindigkeitsvektor, und erst recht mit einer Flugkörperachse führen, die weit vor der Geraden zwischen Flugkörper und Ziel liegt);
• - minimale Massenträgheit der beweglichen Teile, die im Suchbetrieb sehr schnelle Bewegungen ausführen können;
• - geringer Raumbedarf, insbesondere derjenigen Teile, die senkrecht zur Längsachse X liegen;
• - lange Lagerzeit.

Diese Vorteile sind auch das Ergebnis einer Wahl von optomechanischen Elementen, welche die verschiedenen Untergruppen des optomechanischen Kopfes bilden. Was den Antrieb anbetrifft, so werden zur Steuerung der Richtung der Visierlinie gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform Motoren mit Samarium-Kobalt-Magnet verwen­ det, die bürstenlos und mit begrenzter Auslenkung aus­ gebildet werden und ein hohes Spitzenmoment abgeben können; je nach verfügbarer Spitzenleistung können auch Motoren mit Schleifer verwendet werden.

Die zugeordneten Winkel-Meßwertaufnehmer oder Winkel­ stellungsmelder können lineare induktive Potentiometer oder Resolver sein. Sie geben die Visierrichtung X1 der optischen Achse an.

Der Infrarot-Detektor ist aus einer Zeile von Elementen gebildet, die in dem gewünschten Spektralbereich empfind­ lich sind; die Auswertung geschieht durch eine mit der Zeile integrierte Ladungsschiebeschaltung, die eine Mul­ tiplexierung der Detektorelemente ermöglicht. Die Leiste ist entlang einem Augenblicksradius des Bildfeldes ange­ ordnet. Auf diese Weise führt das Drehablenkungssystem, welches dem Detektor zugeordnet ist, eine Entsprechung zwischen jedem Element der Zeile und einem entsprechen­ den Winkelfeld herbei. Der Empfindlichkeitsbereich der Zeile kann das Band von 8 bis 13 µm oder das Band von 3 bis 3 µm sein. Es ist auch möglich, zwei Detektorzei­ len zu verwenden, die erste für den ersten Bereich und die zweite für den zweiten Bereich, wobei diese Zeilen entlang zwei verschiedenen Radien angeordnet werden. Bei dieser Ausführungsform ist eine Verarbeitung mit Ver­ gleich zwischen den in beiden Bereichen erfaßten Signa­ len möglich, um eine Zielauswertung in einer Umgebung mit Ködern zu ermöglichen.

Die beschriebene Ablenktechnik ermöglicht es, eine sehr gute Homogenität des Bildes und eine im Zentrum verbes­ serte Empfindlichkeit zu erhalten. Die der Zeile zuge­ ordnete Multiplexerschaltung ermöglicht eine Vorverar­ beitung in der Bildebene, also eine Vereinfachung der nachfolgenden Elektronik und Verdrahtung sowie eine Ver­ besserung der Zuverlässigkeit.

Die Kühlung der Detektorzeile wird in bekannter Weise durch einen doppelten Joule-Thomson-Kreis mit Argon und Stickstoff erhalten. Das Argon ermöglicht eine schnelle Kühlung der Detektoren, während der Stickstoff die Auf­ rechterhaltung der Temperatur bei etwa 80° Kelvin er­ möglicht. Es kann auch eine dauernde Kühlung mit kompri­ miertem bzw. flüssigem Stickstoff erfolgen.

Fig. 9 zeigt das gesamte Gerät mit den wesentlichen elektronischen Verarbeitungsschaltungen. Die elektroni­ sche Verarbeitung beruht auf der Auswertung des Bildin­ haltes aufgrund der vom optomechanischen Kopf geliefer­ ten Informationen. Diese Erforschung oder Auswertung erfolgt digital, um eine größere Flexibilität bei der Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen zu ermög­ lichen, die insbesondere bei einem Flugkörper mit Mehr­ fachfunktion wie Abfang- und Kampf-Funktion sowie bei den verschiedenen Flugphasen in Betracht zu ziehen sind. Das allgemeine Blockdiagramm nach Fig. 9 zeigt die Elek­ tronik mit einem Analogteil, der aus einem Servoregel­ kreis 61, einem Steuerkreis 62 und einer Formgebungs­ schaltung 63 sowie aus nicht dargestellten Versorgungs­ kreisen und weiteren Komponenten gebildet ist, die für Betriebsbedingungen wie Kühlung und dergleichen sorgen. Die Servoregelkreise 61 ermöglichen die Steuerung für die kreisförmige Analyse des Augenblicksfeldes durch die Komponenten 7 und 70, die Steuerung und Regelung der Drehbewegung der Visierlinie mit den erforderlichen Korrekturgliedern zur Steuerung der Motoren 10 und 11. Die Steuerschaltung 62 steuert die Multiplexierung des Detektors, dessen Ausgangssignale anschließend in der Schaltung 63 aufbereitet bzw. in Form gebracht werden, die über eine automatische Verstärkungssteuerung mit Korrektur des Gleichpegels gemäß bekannter Technik ver­ fügt, wozu beispielsweise auf die eingangs genannten Druckschriften verwiesen wird. Nach Analog/Digital-Um­ setzung oder entsprechende Decodierung in einem nicht dargestellten Schnittstellenteil erfolgt die weitere Verarbeitung durch Schaltungen 64, 65, 66, die den digitalen Teil bilden und von denen der Block 66 die Berechnungen für den suchbetrieb, die Stabilisierung und die Winkelmessung durchführt, während der Block 64 eine Bildaufbereitung durchführt, wozu die Unterdrückung der Zeilenstruktur, die Filterung der Signale durch Ab­ lenk-Umfangseffekt, die räumliche Filterung pro Detek­ torelement sowie die Koordinatenänderung und Speicherung gehören. Im Block 65 geschieht die Verarbeitung zur Ziel­ verfolgung mit Zielextraktion für große Entfernung, ins­ besondere zur Erfassung, beispielsweise mit Verarbeitung durch Zerlegen in eine bestimmte Anzahl von Graustufen, Herauslösung von beweglichen Punkten am Boden, Heraus­ lösung von Konturen und Oberflächen, die Korrelation mit selbstanpassendem Fenster für kurze Entfernungen usw. Durch die Bildverarbeitungstechnik wird es möglich, ein Zielelement durch ein kleines Verfolgungsfenster zu iso­ lieren und die Verfolgung auf den vorderen Zielsektor bevorzugt zu richten. Durch Verarbeitung kann auch die Nähe eines Zieles angezeigt werden, indem ein zeitlicher Vergleich der Entwicklung eines Bildteiles durchgeführt wird, wodurch gegebenenfalls eine Endkorrektur vorgenom­ men werden kann.

Claims (10)

1. Video-Abbildungsvorrichtung mit einer optischen Ein­ heit zur Erzeugung eines Bildes des beobachteten Feldes in der Erfassungsebene einer Photodetektorvorrichtung (4), wobei diese optische Einheit ein Eintrittsobjektiv (1) enthält, das von einer orientierbaren Halterung (2) ge­ tragen wird, die wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweist und mit Drehantriebsmitteln (10, 11) für den Drehantrieb um zwei mechanische, aufeinander senkrechte Achsen aus­ gestattet ist, um die optische Visierachse (X1) um ein Drehzentrum zu orientieren, und eine Bildversetzungsop­ tik (3) umfaßt, um die Zentrierung des Bildes in der genannten Ebene zu bewahren, wobei der Detektor fest mit einem Gerüst (5) verbunden ist, welches ferner die opti­ sche Einheit über die orientierbare Halterung trägt, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehantriebsmittel zwei Motoren (10, 11) umfassen, welche außerhalb der Halte­ rung angeordnet und mit feststehendem, am Gerüst (5) festgelegtem Außenkäfig bzw. Stator angebracht sind, so daß eine orientierbare Struktur von geringer Massenträg­ heit gebildet ist, die sehr große Winkelauslenkungen entsprechend den zwei Achsen ermöglicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die orien­ tierbare Halterung (2) eine Kardananordnung mit einem ersten Rahmen (21) ist, der für eine Kreisbewegung orien­ tiert ist und einen zweiten Rahmen (22) lagert, der für eine Höhenwinkelbewegung orientiert ist und die Eintritts­ optik (1) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren einen Kreisbewegungsmotor (10) für den Antrieb des er­ sten Rahmens und einen Höhenwinkelmotor (11) zum Antrei­ ben des zweiten Rahmens umfassen, wobei der Antrieb des zweiten Rahmens über eine Pleuel-Kurbel-Anordnung (16, 17) mit orientierbaren mechanischen Ankopplungen (18, 19) an den Enden der Kurbel pleuelseitig bzw. auf der Seite des zweiten Rahmens erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten orientierbaren Ankopplungen (18, 19) durch Kardaneinrichtungen mit zwei Drehachsen gebildet sind, bei denen die erste Achse, bei einer dieser Ein­ richtungen, fest mit dem durch das Pleuel (17) gebilde­ ten Antriebsorgan verbunden ist bzw. bei der zweiten Einrichtung fest mit dem zweiten Rahmen verbunden ist, welcher das anzutreibende Organ bildet, wobei die Kur­ bel (16) ihrerseits fest mit der zweiten Achse der ge­ nannten Kardaneinrichtungen verbunden ist und um diese Achsen gedreht werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motor für die Kreisbewegung (10) den ersten Rahmen (21) über eine Anordnung aus Riemen (13) und Riemenscheiben (14, 15) antreibt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch den Motor (10) für die Kreisbewegung und über den Riemen (13) im Verhältnis 1/1 erfolgt und der Antrieb durch den Motor (11) für die Höhenwinkelbewegung sowie über die Pleuel- Kurbel-Anordnung (16, 17) in einem Verhältnis erfolgt, welches von der gewünschten Höhenwinkelablenkung sowie von der Kreisbewegungsablenkung abhängt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildversetzungsoptik (3) durch ebene Spiegel (31 bis 35) gebildet ist, die an der orien­ tierbaren Halterung und an dem Gerüst zur Bildung einer optischen Kardananordnung montiert sind, und daß ferner Mittel zur Kompensation der Bilddrehung vorgesehen sind, die durch die ebenen Spiegel hervorgerufen wird, wobei diese Kompensationsmittel Winkel-Meßwertaufnehmer (12, 13) umfassen, welche die Höhenwinkeldrehung und die Kreisbewegungsdrehung erfassen, wobei diese Winkel-Meß­ wertaufnehmer ebenfalls außenseitig angebracht und je­ weils an den entsprechenden Motor (10, 11) angekoppelt und fest mit dem Gerüst verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher optische Ablenkmittel vorgesehen sind, um das Bild in der Erfassungsebene vorbeilaufen zu lassen, in welcher eine Detektorzeile angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ablenkmittel (7, 70, 71) eine schnelle Ablenkung eines elementaren Feldes hervorrufen und daß die optische Kardananordnung die relativ lang­ same Bewegung des Mittelpunktes dieses elementaren Bild­ feldes hervorruft, um ein zu beobachtendes Gesamtfeld zu überdecken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die langsame Bewegung so ausgelegt ist, daß eine Spirale durchfahren wird, und daß die schnelle optische Ablenkung kreisförmig erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsobjektiv (1) eine Cassegrain-Anordnung ist und die optische Kardananordnung durch mehrere ebene Spiegel (31 bis 35) gebildet ist, die um 45° gegen die genannten Drehachsen geneigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem passiven Infrarot-Zielsucher.