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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung beansprucht die Priorität und den Vorteil der provisorischen
US-Anmeldung Nr. 60/060,870, die am 2. Oktober 1997 angemeldet wurde.
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Diese
Erfindung betrifft ein optisches System mit einem darin ausgebildeten
Fenster, und insbesondere ein solches optisches System, das mit
einem asphärischen
Fenster benutzt wird.
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Ein
optischer Sensor empfängt
ausgestrahlte Energie von einem Ort bzw. einer Szene und wandelt
sie in ein elektrisches Signal um. Das elektrische Signal wird einer
Anzeigevorrichtung geliefert oder wird für eine Mustererkennung oder Ähnliches
weiter verarbeitet. Optische Sensoren sind in einer Vielzahl von
Typen und für
Wellenlängen
verfügbar,
die von Ultraviolett über
den sichtbaren Bereich bis in den Infrarotbereich reichen. Bei einigen
Anwendungen sind die optischen Sensoren bezüglich ihrer Ausrichtung fest,
und andere optische Sensoren sind bewegbar, indem sie gekippt und/oder
gedreht werden, um ein Abtasten über
ein breites Sichtfeld zu ermöglichen.
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Die
optischen Sensoren verwenden allgemein ein fotoempfindliches Material,
das der Szene zugewandt ist und ein elektrisches Ausgangssignal abhängig von
der einfallenden Energie erzeugt. Das fotoempfindliche Material
und der Rest des Sensoraufbaus sind sehr zerbrechlich und können durch Schmutz,
Erosion, Chemikalien oder hohe Luftgeschwindigkeiten leicht zerstört werden.
Im Betrieb ist der Sensor hinter einem Fenster platziert, durch
das er die Szene sieht und das den Sensor gegenüber externen Wirkungen schützt. Das
Fenster muss für Strahlung
im Arbeits-Wellenlängenbereich
des Sensors transparent sein und muss externen Kräften widerstehen
können.
Das Fenster muss ebenfalls dem Sensor ermöglichen, die Szene über das
spezifizierte Sichtfeld zu sehen.
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Das
Fenster würde
idealerweise keine Wellenfrontaberration in der Mitte des Sichtfelds
einführen,
anders als eine mögliche
sphärische
Aberration, insbesondere falls der Sensor ein Bildsensor ist. Je dicker
und je gekrümmter
das Fenster ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass eine signifikante
Wellenfrontaberration eingeführt
wird. Eine breite Vielfalt von Sensorfenstern wurde in verschiedenen
Luftfahrzeuganwendungen bereits benutzt. In vielen Fällen, wie
beispielsweise bei kommerziellen Helikoptern niedriger Geschwindigkeit,
waren flache Fenster akzeptabel. Fenster, die als sphärische Segmente
ausgebildet sind, werden bei Flugzeugen und Raketenanwendungen benutzt,
allerdings neigt für
diese Fenster die Wellenfrontaberration sehr hoch zu sein, falls
der Aufhängungsort
nicht im sphärischen
Mittelpunkt des Fensters ist. Bei all diesen Fenstertypen ist der
aerodynamische Widerstand, der durch das Fenster verursacht wird,
sehr groß,
falls das Fenster breit sein muss oder eine wesentliche Entfernung
in einen Luftstrom hineinragen muss, um ein großes Sichtfeld zu ermöglichen.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP 0 616 187 offenbart
ein optisches System mit einem im Allgemeinen konischen transparenten
Schutzdom bzw. Schutzkuppel und einem optischen refraktiven festen Korrekturmittel
für eine
umgekehrte konische Deformati on, die durch Betrachten durch den
Dom verursacht wird. Das System umfasst eine Kamera, die auf einer
kardanischen Aufhängung
befestigt ist. Die Aufhängung
umfasst einen zylindrischen Käfig,
der um eine Achse und eine Welle drehbar ist, die mit dem Käfig dreht.
Ein Arm ist drehbar von der Welle getragen, um um diese Welle herumzudrehen,
und die Kamera ist auf dem Arm befestigt. Um ein Ziel zu verfolgen,
kann die Kamera um die Achse drehend bewegt werden über eine
Drehbewegung des Käfigs,
und kann "nicken" relativ zu der Achse über eine
Drehung des Arms um die Welle.
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Für Anwendungen,
die einen Flugzeug- oder Raketenbetrieb mit sehr hohen Geschwindigkeiten erfordern,
sollte das Fenster relativ aerodynamisch sein, so dass das Vorhandensein
des Fensters, das sich in den Luftstrom erstreckt, nicht zu einem
unakzeptabel hohen und/oder asymmetrischen aerodynamischen Luftwiderstand
führt,
der auf das Fahrzeug wirkt. Ein nicht-sphärisches oder konformes Fenster ist
deshalb vorteilhaft, um den Luftwiderstand zu reduzieren und die
Geschwindigkeit und Reichweite des Flugzeugs zu erhöhen. Allerdings
verursachen verfügbare
konforme Fenster große
Wellenfrontaberrationen im Sensorstrahl, insbesondere für große Azimuthausrichtungswinkel
des Sensors.
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Die
Wellenfrontaberration kann per Computer korrigiert werden, aber
der Umfang der Verarbeitung kann groß sein. Um den Umfang der Berechnung
zu reduzieren und/oder das Erfordernis einer Berechnung zu eliminieren,
kann die Wellenfrontaberration der Abbildung optisch minimiert werden,
entweder in den optischen Verarbeitungskomponenten oder durch Bereitstellen
einer bestimmten Form in dem Fenster. Erhältliche Lösungen waren nicht vollständig erfolgreich
beim Erreichen dieses Typs von Korrektur. Demgemäß gibt es ein Bedürfnis nach
einem verbesserten Lösungsweg,
um ein korrigiertes Bild in einem optischen System bereitzustellen,
das eine Szene durch ein asphärisches
Fenster betrachtet. Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses
Bedürfnis und
liefert damit einhergehende Vorteile.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein optisches System und ein Verfahren
zum Liefern von optischen Bildern bereit, das das optische System
verwendet. Das optische System wird mit vielen asphärischen Fenstertypen
verwendet. Es kann maßgeschneidert werden,
um eine minimale Wellenfrontaberration über einen breiten Bereich von
Azimuthausrichtungswinkeln des Sensors des optischen Systems bereitzustellen.
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Entsprechend
der Erfindung ist vorgesehen: ein optisches System mit: einem Fenster,
das eine gekrümmte äußere Fläche und
eine gekrümmte
innere Fläche
aufweist; einem optischen Korrektor benachbart der gekrümmten inneren
Fläche
des Fensters, wobei der optische Korrektor einen transparenten asphärischen
Körper
besitzt; einem Träger
für einen
optischen Korrektor, auf dem der optische Korrektor angebracht ist;
einem optischen Strang, der positioniert ist, dass der optische
Korrektor zwischen dem gekrümmten
Fenster und dem optischen Strang liegt, wobei der optische Strang
zumindest ein optisches Element umfasst, das ausgelegt ist, den
optischen Strahl zu verändern,
der auf dieses auftrifft; einem Träger für den optischen Strang, auf
dem der optische Strang angebracht ist; und einem Sensor, der angeordnet
ist, um den optischen Strahl zu empfan gen, der der Reihe nach durch
das Fenster, den optischen Korrektor und den optischen Strang hindurchläuft; dadurch
gekennzeichnet, dass der optische Strangträger bewegbar ist, um eine selektive Bewegung
des optischen Strangs relativ zu dem Fenster zu ermöglichen;
und dass der optische Korrektorträger getrennt ist und relativ
zu dem bewegbaren Strangträger
beweglich ist, um eine selektive Bewegung des optischen Korrektors
relativ zu dem Fenster, dem optischen Strang und dem Sensor zu ermöglichen.
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Das
Fenster ist vorzugsweise in einem Gehäuse mit einer Längsachse
befestigt. Der optische Korrektorträger, der vorzugsweise ein transparentes Streifenmaterial
mit einer axialen Komponente umfasst, die sich längs der Längsachse erstreckt, und eine
radiale Komponente besitzt, die sich nach außen von der Längsachse
erstreckt, ist vorzugsweise drehbar um die Längsachse. Der optische Korrektorträger und
der optische Strangträger
sind ebenfalls wünschenswert
parallel zu der Längsachse
bewegbar, wobei jede Bewegung unabhängig voneinander ist.
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Das
optische System umfasst somit ein asphärisches Fenster, das eine Aberration
in den optischen Strahl einführt,
die abhängig
ist von dem Ausrichtungswinkel des Sensors durch das Fenster, und zwei
separat einstellbare optische Komponenten, die teilweise oder vollständig die
eingeführte
Aberration negieren. Die optische Korrektur funktioniert als Korrekturlinse,
deren Position um die Längsachse
gedreht werden kann und/oder parallel zu der Längsachse bewegt werden kann.
Diese Position des optischen Zugs kann ebenfalls entlang der Längsachse eingestellt
werden. Diese optischen Komponenten und deren Einstell barkeit dienen
dazu, die Aberration zu reduzieren, die durch den Weg des optischen Strahls
durch das Fenster hervorgerufen wird. Das Design dieser zwei optischen
Komponenten zusammen mit deren Beweglichkeitseigenschaft erlaubt
es, die Aberrationskorrektur entsprechend der Natur des Fensters
selektiv anzupassen. Die Positionen der optischen Komponenten, die
die beste Abbildung als Funktion des Sensorausrichtungswinkels liefern, werden
in einem Speicher gespeichert, und diese Positionen werden während des
Betriebs des optischen Systems als eine Funktion des Ausrichtungswinkels rückgespeichert.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft
die Prinzipien der Erfindung darstellen. Der Umfang der Erfindung
ist jedoch nicht auf diese bevorzugte Ausführungsform begrenzt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vorderansicht einer Rakete mit einem Nasen-Kuppelfenster;
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines optischen Systems entsprechend
der Erfindung;
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3A–3C sind
Ansichten eines optischen Korrektors, wobei 3A eine
Längsschnittansicht
ist, die dessen Relation zu dem Fenster zeigt, 3B ist
eine Längs-Schnittansicht,
die längs
der Linie 3B-3B von 3A genommen ist, und 3C ist
eine Quer-Schnittansicht, die längs
der Linie 3C-3C der 3A genommen ist; und
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4 ist
ein Block-Flussdiagramm für
einen Lösungsweg
zum Entwurf, zur Herstellung und Benutzung des optischen Systems.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein Flugfahrzeug, in diesem Fall eine Überschallrakete 20,
mit einem Rumpf 22, der ein daran angebrachtes gekrümmtes Fenster 24 aufweist.
Das Fenster 24 ist eine Nasen-Kuppel, die zumindest teilweise in den
Luftstrom der Rakete 20 ragt. Der Rumpf ist länglich entlang
einer Längsachse 25 ausgebildet
und das Fenster ist in einer bevorzugten Anwendung rotationssymmetrisch
um die Achse 25. Die Rakete 20 mit dem Nasen-Kuppel-Fenster 24 ist
die bevorzugte Anwendung des optischen Systems der Erfindung, aber
es ist auch in anderen Umgebungen anwendbar, wie auch andere Raketenfenster
und Fenster in bemannten Flugzeugen.
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Das
Fenster 24 ist Teil eines optischen Systems 26,
das allgemein in 2 gezeigt ist. Das optische
System 26 umfasst das Fenster 24, das an dem Rumpf 22 befestigt
ist, der als Gehäuse
für das optische
System 26 dient. Eine gekrümmte innere Fläche 28 des
Fensters 24 ist die konkave Fläche des Fensters 24,
die der Innenseite des Rumpfs 22 zugewandt ist. Eine gekrümmte äußere Fläche 30 des
Fensters 26 ist die konvexe Fläche des Fensters 24,
die nach außen
zeigt und in den Luftstrom ragt, wenn die Rakete 20 fliegt.
Das Fenster 24 hat eine räumlich abhängige Krümmung.
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Ein
optisches Korrekturmittel bzw. Korrektor 32 ist benachbart
der inneren Fläche 28 des
Fensters 24 platziert. Der optische Korrektor 32 ist
ein gekrümmtes
Stück Material,
das für
die Strahlung transparent ist, die von dem optischen System 26 und
dessen Sensor erfasst werden soll. Beispielsweise kann für ein optisches
System für
sichtbare Strahlung der optische Korrektor 32 aus Glas
sein.
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Der
optische Korrektor 32 ist vorzugsweise aus einem Stück transparentem
Material gebildet, dessen Form eine axiale Komponente Xz besitzt,
die sich längs
der Längsachse 25 (2)
erstreckt, eine radiale Komponente Xr, die
sich nach außen
von der Längsachse 25 (2)
erstreckt, und eine Umfangskomponente Xθ (3B). 3A–3C zeigen eine
Form des optischen Korrektors 32. Wie in 3A dargestellt,
liegt der optische Korrektor 32 benachbart zu der inneren
Fläche 28 des
Fensters 24, und erstreckt sich davon nach außen von
der Längsachse 25 (der
Xr-Komponente) und von einem Scheitelpunkt 34 (die
Xz-Komponente) des optischen Korrektors 32 nach
hinten. Der Querschnitt des optischen Korrektors 32 kann
kreissymmetrisch oder nahezu kreissymmetrisch um die Längsachse 25 an
einem Ort nahe des Scheitels 34 sein, wie in 3B gezeigt.
An Orten bezüglich
des Scheitels 34 weiter hinten liegend ist der optische
Korrektor 32 als zumindest ein Streifen 32a aus
transparentem Material ausgebildet, und vorzugsweise aus zwei Streifen 32a,
wie dargestellt, um die Belastung auf dessen Träger auszugleichen. Im Längsschnitt, 3A,
folgen die Streifen 32a im Allgemeinen der Krümmung des
Fensters 24, können
aber von dieser Krümmung etwas
abweichen. Im Quer-Schnitt rechtwinklig zu der Längsachse 25, 3C,
ist jeder Streifen 32a vorzugsweise zweifach symmetrisch
um eine Korrektor-Quer-Symmetrieachse 35 und begrenzt einen Gesamtbogen
A um die Längsachse 25.
Die Verwendung der Streifenform des optischen Korrektors 32 ermöglicht es,
den optischen Korrektor mit einer Krümmung und einer Dicke auszuführen, die
sich von der des Fensters 24 unterscheidet, wenn man dieses quer
zur Längsachse 25 betrachtet,
wie in 3C gezeigt. In dem dargestellten
bevorzugten Fall von 3C sind die Querkrümmung und
die Dickenveränderung
des Streifens 32 von der Querkrümmung und der Dickenveränderung
des Fensters 24 unterschiedlich.
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Der
optische Korrektor 32 funktioniert als eine Linse, um die
Aberration zu korrigieren, die in einen optischen (Licht)-Strahl eingebracht
wird, wenn dieser das Fenster 28 passiert. Da die Aberrationen räumlich von
dem Vektor des optischen Strahls abhängig sind, ist der optische
Korrektor 32 so ausgebildet, dass dessen Korrektur ebenfalls
räumlich
abhängig
ist. Die in den optischen Strahl eingebrachten Aberrationen hängen von
der exakten Form des Fensters 24 ab, und es kann deshalb
kein spezifischer Entwurf für
die Form des optischen Korrektors 32 angegeben werden.
Allerdings können
einige Verallgemeinerungen gemacht werden.
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Wie
in dem Längsschnitt
von 3A gezeigt und dem Quer-Schnitt von 3C sind
die optischen Korrektureigenschaften (d.h. Krümmung und/oder Dicke) des optischen
Korrektors 32 im Allgemeinen eine Funktion der Position.
Die optischen Korrektureigenschaften des optischen Korrektors 32 können als
Funktion des Orts entlang der Längsachse 25 variieren,
wie in 3A gezeigt, und/oder als eine Funktion
des Winkels um die Längsachse 25,
wie in 3C gezeigt. Die Krümmung und
die Dicke und damit die optischen Eigenschaften des optischen Korrektors 32 werden
ausgewählt,
um die eingeführten
Aberrationen zu korrigieren, wenn ein Lichtstrahl durch das Fenster 24 und
danach durch den optischen Korrektor 32 läuft.
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Der
optische Korrektor 32 ist an einem bewegbaren optischen
Korrektorträger 36 angebracht, wie
in 2 gezeigt. Der optische Korrektorträger 36 ist
vorzugsweise durch Drehung um die Längsachse 25 bewegbar,
wie schematisch durch den Pfeil 38 angedeutet. Der optische
Korrektorträger 36 kann ebenfalls
durch lineare Bewegung parallel zu der Längsachse 25 bewegt
werden, wie dies durch den Pfeil 40 angedeutet ist. Die
Rotations- und Transversalbewegung werden über herkömmliche Aktuatoren erzeugt,
die für
andere Zwecke bekannt sind.
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Die
Drehbewegung des optischen Korrektorträgers 36 und damit
des optischen Korrektors 32 ermöglichen, dass der Streifen 32a des
optischen Korrektors 32 entsprechend dem Rotations-Hetrachtungswinkel
des optischen Zugs zu positionieren, was nachfolgend diskutiert
wird. Das heißt,
wenn der optische Zug positioniert wird, um nach unten zu schauen,
würde der
optische Korrektorträger 36 normalerweise
drehpositioniert werden, wie in 3C gezeigt,
so dass ein optischer Strahl, der in den optischen Zug gelangt,
durch den optischen Korrektor 32 laufen muss. Falls der
optische Zug um 90 Grad gedreht wird, um nach links oder rechts
zu blicken, würde
der optische Korrektorträger 36 normalerweise um
90 Grad aus der Position, die in 3C gezeigt ist,
gedreht werden, so dass der auftreffende optische Strahl hindurchlaufen
muss.
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Die
Axialbewegung des optischen Korrektorträgers 36 und damit
des optischen Korrektors 32 ermöglichen es, dass unter schiedliche
Bereiche des optischen Korrektors 32 benutzt werden, um
die durch das Fenster 24 eingefügte Aberration zu korrigieren.
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Ein
optischer Zug 42 ist so positioniert, dass der optische
Korrektor 32 zwischen dem Fenster 24 und dem optischen
Zug 42 liegt. Der optische Zug 42 umfasst zumindest
ein optisches Element, das ausgelegt ist, um den auftreffenden optischen
Strahl zu verändern.
In 2 ist das optische Element als refraktive Linse 44 dargestellt,
aber es kann ebenfalls einen Spiegel, ein Prisma oder jedes andere
funktionsfähige
optische Element umfassen. Das optische Element kann ebenfalls eine
Kombination solcher Linsen, Spiegel und/oder Prismen aufweisen.
Das detaillierte Design von optischen Zügen ist im Stand der Technik
bekannt und die vorliegende Erfindung betrifft nicht die Einzelheiten
eines solchen Designs.
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Der
optische Zug 42 leitet eintreffende optische Strahlen,
die zuvor durch das Fenster 24 und dann durch den optischen
Korrektor 32 hindurchgelaufen sind, in einen Sensor 46.
Der Sensor 46 ist als Brennebenen-Arraysensor dargestellt,
aber es kann jeglicher funktionsfähiger Typ von Sensor sein.
Der Sensor 46 wird entsprechend der Natur der Energie ausgewählt, die
erfasst werden soll, und ist typischerweise ein Sensor für sichtbares
Licht oder für
Infrarotenergie. Das Design solcher Sensoren 46 ist im Stand
der Technik bekannt. Der Sensor 46 liefert ein Ausgangssignal
als elektrisches Signal an Verarbeitungselektroniken, die nicht
dargestellt sind, aber im Stand der Technik bekannt sind.
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Der
optische Zug 42 ist an einem bewegbaren optischen Zugträger 48 befestigt.
Die Bewegungseigenschaften des optischen Zugträgers 48 werden ausgewählt, um
es dem optischen Zug 42 zu ermöglichen, in die gewünschten
Richtungen zu zeigen und ebenfalls um die Vorteile der korrigierenden Eigenschaften
des optischen Korrektors 32 in Anspruch zu nehmen. Um den
optischen Zug 42 in die gewünschten Richtungen richten
zu können,
ist eine Roll/Nickbewegung in 2 dargestellt.
Der optische Zugträger 48 dreht
um die Längsachse 25,
wie durch den Pfeil 50 angedeutet. Eine kardanische Aufhängung 52 erzeugt
eine Nickbewegung, die durch den Pfeil 54 angedeutet ist,
um eine Querachse 56, die rechtwinklig zu der Längsachse 25 (und
damit der Drehachse) ist. Die Kombination der Bewegungen 50 und 54 sorgt
dafür,
dass der optische Zug 42 in jede gewünschte Dreh- und Azimuthrichtung
gerichtet werden kann. Bei einer anderen Lösung, die innerhalb des Rahmens
der vorliegenden Erfindung liegt, kann der optische Zug auf einem
X-Y-Dreh-Aufhängungs-Träger befestigt
sein, der eine Bewegung des optischen Zugs um zwei Querachsen erlaubt,
so dass die Drehbewegung nicht erforderlich ist.
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Der
gesamte optische Zug 42 kann nach vorne und nach hinten
parallel zu der Längsachse 25 über eine
lineare axiale Bewegung bewegt werden, was durch den Pfeil 58 angedeutet
ist. Die axiale Bewegung 58 des optischen Zugträgers 48 ermöglicht es,
den optischen Zug 42 für
eine optimale Leistung relativ zu dem Fenster 24 und dem
optischen Korrektor 32 zu positionieren. Die Bewegungen 50, 54 und 58 werden über herkömmliche
Aktuatoren erzeugt, die für
andere Zwecke bekannt sind.
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Die
Bewegungen 38 und 40 des optischen Korrektors 32 und
die Bewegungen 50, 54 und 58 des optischen
Zugs 42 können
vollständig
unabhängig
voneinander sein oder können
mechanisch und/oder elektrisch verknüpft sein. Beispielsweise kann
die Drehbewegung 38 des optischen Korrektors 32 verknüpft sein
mit oder sogar begleitet sein durch den gleichen Aktuator der Drehbewegung 50 des
optischen Zugs 42. In diesem Fall blickt der optische Zug 42 durch
den gleichen Abschnitt des optischen Korrektors 32 für alle Drehwinkel
um die Längsachse 25. Ähnliche
Verknüpfungen
sind für
die axialen Bewegungen 40 und 58 beispielsweise
möglich.
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4 zeigt
eine bevorzugte Lösung
zum Entwurf, zum Anpassen und Betreiben des optischen Systems 26.
Die physikalischen Komponenten des optischen Systems, wie zuvor
beschrieben, werden bereitgestellt, Bezugszeichen 70. Der
optische Korrektor 32 ist entworfen und hergestellt, und
die Bewegungen 38, 40, 50, 54 und 58 stehen
untereinander in Beziehung und sind für nachfolgende Serviceanwendungen
programmiert, indem iterative Prozeduren verwendet werden, Bezugszeichen 72, 74, 76 und 78.
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Zuerst
werden die optischen Eigenschaften des Fensters 24 ausgewertet,
Bezugszeichen 72. Diese Auswertung liefert die Natur der
Aberration, die in die Wellenfront eines eintreffenden optischen Strahls
eingebracht wird, wenn dieser durch das Fenster 24 läuft, für alle relevanten
Eintrittspositionen und Winkel. Diese Auswertung kann ausgeführt werden,
indem herkömmliche
optische Strahlanalysen und die bekannte und/oder gemessene Form
des Fensters 24 verwendet werden. Die Form des Fensters 24 wird
in bestimmtem Maße
durch die aerodynamischen Anforderungen diktiert, kann aber ebenfalls
nach optischen Anforderungen fein abgestimmt werden.
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Die
geforderte Form und Position des optischen Korrektors 32 werden
als Funktion seiner Position und der Position und Winkel des eintreffenden optischen
Strahls berechnet, indem herkömmliche optische
Strahlanalysen verwendet werden. Die Form und Position des optischen
Korrektors 32 werden ausgewählt, um ausgewählte optische
Eigenschaften des optischen Strahls, nachdem er das Fenster 24 und
den optischen Korrektor 32 passiert hat, aufzubauen. Beispiele
solcher Eigenschaften umfassen die Abweichung des Sichtwinkels des Ziels,
die optische Leistung oder die Brennweite als Funktion der optischen
Strahlposition und des Winkels und der axialsymmetrischen Aberration.
Die entworfene Form des optischen Korrektors 32 wird dann verändert, um
die asymmetrischen Aberrationen einzustellen, wie beispielsweise
Asymmetriefehler und Astigmatismus. Bei dieser Analyse werden die
symmetrischen Aberrationen als konstant angesehen, wenn der Höhenwinkel
verändert
wird, wohingegen die asymmetrischen Aberrationen, die sich mit dem Höhenwinkel
verändern,
auf akzeptable kleine Werte korrigiert werden. Die Optiken des optischen
Zugs können
auch entworfen werden, um die symmetrischen Aberrationen auf akzeptable
geringe Werte zu korrigieren. In den letzten Stufen des Entwurfsprozesses
werden die optischen Elemente des optischen Zugs 42 entworfen,
um alle symmetrischen Aberrationen auf akzeptable kleine Werte zu
korrigieren. Diese Aberrationen wurden durch die vorhergehenden
Designschritte nahezu konstant gemacht. Basierend auf diesem Designprozess
wird der optische Korrektor hergestellt, Bezugszeichen 74.
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Das
Fenster 24, der optische Korrektor 32 und der
optische Zug 42 werden auf dem Rumpf 22, dem optischen
Korrektorträger 36 bzw.
dem optischen Zugträger 48 befestigt,
Bezugszeichen 76. Optische Testsignale, die am Sensor 46 empfangen wurden,
werden während
der Herstellung ausgewertet. Die zugehörigen Werte der Bewegungen 38, 40, 50, 54 und 58,
die zu den optimalen optischen Eigenschaften führen, werden bestimmt und gespeichert, Bezugszeichen 78.
Falls diese optischen Empfangssignaleigenschaften akzeptabel sind
und innerhalb der Spezifikationen liegen, wird der Herstellungs- und
Zusammenbauprozess zu Ende gebracht. Fehler und Aberrationen werden
ebenfalls bestimmt und gespeichert, so dass sie durch andere Verarbeitung berücksichtigt
werden können.
Falls die erreichten Ergebnisse nicht akzeptabel sind, werden die
Schritte 72, 74, 76 und 78 falls
notwendig wiederholt, bis akzeptable Ergebnisse erhalten werden.
Typischerweise wird die Modifikation durch Neubearbeitung des optischen
Korrektors 32 durch Polieren, Schleifen, Zerspanen und
andere bekannte Bearbeitungsoperationen erreicht, bis seine Eigenschaften
akzeptabel sind.
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Die
Form des optischen Korrektors 32 kann nicht in allgemeiner
Form ausgedrückt
werden, soweit sie von der Form und den optischen Eigenschaften
des Fensters 24 abhängt,
und die Form wird durch den zuvor beschriebenen Designprozess festgelegt.
In einem typischen Fall, wie in 2 und 3A gezeigt,
entspricht jedoch der optische Korrektor typischerweise der Form
des Fensters 24 ziemlich weitgehend ist, aber nicht notwendigerweise exakt
gleich, wenn das Fenster und der optische Korrektor im Längsschnitt
der 3A betrachtet werden. Der optische Korrektor 32 stimmt
jedoch typischerweise nicht mit der Form des Fensters 24 überein,
wenn in einer Querrichtung im Streifenab schnitt des optischen Korrektors
betrachtet wird, wie in 3C gezeigt.
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Sobald
der optische Korrektor 32 hergestellt ist und die Positionen
der Bewegungen 38, 40, 50, 54 und 58,
die zu akzeptablen optischen Eigenschaften geführt haben, bekannt sind, wird
die Rakete in Betrieb gesetzt, Bezugszeichen 80. Wenn das
optische System 26 während
des Dienstes verwendet werden soll, werden die Winkelpositionen
der Bewegungen 50 und 54 typischerweise gewählt, um
den optischen Zug 42 entlang einer gewünschten Sichtlinie auszurichten.
Die optimalen Winkelpositionen der anderen Bewegungen 38, 40 und 58 (allgemein
die "Trägerpositionen"), die mit diesen
gewünschten
Winkelpositionen der Bewegungen 50 und 54 verknüpft sind,
werden aus dem Speicher abgerufen, der während der ersten Herstellung
und Kalibrierungsoperation eingerichtet wurde, Schritte 72, 74, 76 und 78,
und werden gesetzt, indem die entsprechenden Aktuatoren verwendet
werden. Das Ergebnis ist eine optimale Abbildung, die den Sensor 56 für alle gewünschten Sicht(Ausrichtungs-)Winkel
des optischen Zugs erreicht.
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Obgleich
eine bestimmte Ausführungsform der
Erfindung im Detail zum Zwecke der Erläuterung beschrieben wurde,
sind verschiedene Modifikationen und Verbesserungen möglich, ohne
den Umfang der Erfindung zu verlassen. Entsprechend ist die Erfindung
nicht beschränkt
mit Ausnahme der angehängten
Ansprüche.