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Abtastorgan zur laufenden Ermittlung der Koordinaten eines Bildpunktes im Bildfeld eines Strahlungs-Ortungsgerätes
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diesem Zweck muss das Ortungsgerät zur laufenden Ermittlung der Einfallsrichtung der vom Objekt ausgehenden Strahlung bezüglich der optischen Achse des Gerätes eingerichtet sein. Die Einfallsrichtung ergibt sich aus den Koordinaten des von der einfallenden Strahlung herrührendenBildpunktes im Bildfeld des Ortungsgerätes. Zur laufenden Ermittlung dieser Koordinaten bedient man sich einer in der Bildebene ro- tierendenAbtastscheibe mit abwechselnden Zonen verschiedener Durchlässigkeit für die betreffendeStrah- lung.
Der auf den Strahlendetektor des Ortungsgerätes fallende Strahl erfährt durch das bewegte Scheibenmuster eine Modulation, die als Träger der Information über die Lage des Bildpunktes im Bildfeld dient.
In Fig. l ist die Grundkonzeption eines derartigen Strahlungs-Ortungsgerätes schematisch dargestellt.
Der optische Teil des Gerätes besteht im wesentlichen aus einem Objektiv 1 zur Aufnahme der vom beobachteten Objekt ausgehenden Strahlung, einer in der Bildebene der Optik rotierenden Abtastscheibe 2 mit ausserhalb der optischen Achse 3 liegender Drehachse 4, einer Sammeloptik 5 und einer strahlungsempfindlichen Detektorzelle 6.
Die Detektorzelle 6 liefert elektrische Impulse, die den Impulsen der durch die Abtastscheibe 2 periodisch unterbrochenen Strahlung entsprechen, an eine elektronische Einrichtung 7, in der aus dem empfangenen impulsmodulierten Signal die Lageinformation gewonnen wird, die am Ausgang der elektronischen Einrichtung 7 beispielsweise in Form von den Koordinaten des Bildpunktes in einem auf die Bildmitte bezogenen kartesischen Koordinatensystem proportionalen Spannun-
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Die Abtastscheibe kann beispielsweise das aus Fig. 2 ersichtliche Abtastmuster aufweisen. Die Abtastfigur ist auf einer kreisringförmigenspur in Form eines in der Bewegungsrichtung der Spur periodischen, polaren Spaltmusters angeordnet, das sich in aufeinanderiolgenden sektorförmigen Abschnitten 8 wiederholt.
In Fig. 2 ist das Spaltmuster nur in einem Abschnitt eingezeichnet. Jeder Abschnitt 8 ist durch eine zu den Spalten schräg verlaufende Grenzlinie 9 in zwei Felder 10 und 11 mit voneinander verschiedener Winkelteilung des Spaltmusters eingeteilt. Das Verhältnis der Winkelteilung der SpaltmusterzweierFel- der eines Sektors betrage beispielsweise 1 : 1, 5. Der Kreis 12 deutet die Begrenzung des Bildfeldes an.
InFig. 3 ist einSektor der Abtastfigur mit teilweise angedeutetem Spaltmuster dargestellt, wobei der Einfachheit halber der Scheibenradius unendlich gross angenommen wurde. Die von einem punktförmigen Strahler ausgehende Strahlung, die im Bildfeld (12) den Bildpunkt P erzeugt, wird vom Spaltmuster der Abtastfigur, die sich in Fig. 3 beispielsweise nach links bewege, in Strahlungsimpulse zerhackt, deren Folgefrequenz von der Winkelteilung und der Winkelgeschwindigkeit des Spaltmusters abhängt. Die Winkelteilung ändert sich an der Grenzlinie 9 sprunghaft von derjenigen des zuerst durchlaufenen Feldes 10 auf diejenige des Feldes 11. Dementsprechend wechselt die Impulsfolgefrequenz im Moment, da die Grenzlinie 9 den Bildpunkt P passiert.
Die Abtastung beginnt mit der linken Kante des Abschnittes und beansprucht das Feld 10 über die Strecke al und das Feld 11 über die Strecke a2. Die resultierenden Impulszüge abwechselnder Frequenz sind aus dem Diagramm in Fig. 4 (oben) ersichtlich. Der Strecke al
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entspricht dieDauer tl des Impulszuges 13 der einen Frequenz und der Strecke a2 entspricht die Dauer t2 des Impulszuges 14 der andern Frequenz. Mit T ist die Periodendauer des Frequenzwechsels bezeichnet.
Die Koordinate Yp des Bildpunktes P in bezug auf das Koordinatensystem x-y, dessen Nullpunkt im Mittelpunkt des Bildfeldes liegt, steht in einem linearen Zusammenhang mit der Streckendifferenz a2-al, was sich leicht geometrisch erklären lässt. Folglich ist das Zeitverhältnis tl/t2 ein Mass für die Koordinate Yp. Die Koordinate xp des Bildpunktes P steht in einem linearen Zusammenhang mit der Winkeldifferenz A e, um die der Frequenzumschlag vom Impulszug 14 auf den Impulszug 13 gegenüber einem Bezugs-Impulszug 15 (Fig. 4, unten), der durch Abtastung einer ortsfesten Strahlungsquelle mit einer Be- . lugsspur 17 (Fig. 2) erzeugt wird unc dessen Periodendauer ebenfalls T beträgt, phasenverschoben ist.
Für die Auswertung der auf die beschriebene Weise erhaltenen Impulszüge ist nur der jeweilige Zeitpunkt eines Frequenzumschlages erheblich und die Messgenauigkeit hängt wesentlich davon ab, wie genau dieser Zeitpunkt festgelegt werden kann. An den Grenzen zwischen den einzelnen Abschnitten ist bei einer Abtastfigur nach Fig. 2 der Übergang von der einen zur andern Winkelteilung des Spaltmusters örtlich eindeutig bestimmt, was demzufolge auch für den betreffenden Zeitpunkt des Frequenzumschlages des Impulssignals zutrifft. Hingegen entstehen an der Grenzlinie 9 Übergänge im Spaltmuster, die im Impulssignal kein zeitlich übereinstimmendes Kennzeichen für den Frequenzumschlag hervorrufen. Die Ursache dieser Erscheinung ist aus den Fig. 5 und 6 ohne weiteres ersichtlich.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt der Übergangszone in grösserem Massstab und Fig. 6 die Impulsdiagramme für drei verschiedene Ordinatenlagen des Bildpunktes. Einzig das oberste der drei Impulsdiagramme lässt einen eindeutigen Frequenz- übergang erkennen, wogegen die beiden andern zeigen, dass an der Übergangsstelle Störungen auftreten, die zudem je nach Ordinatenlage verschiedener Art sind. Diese Störungen äussern sich im Ausgangssignal Uy durch einen treppenförmigen statt gleichförmigen Verlauf in Abhängigkeit von der Koordinate yp.
In Fig. 7 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Abschnitt einer Abtastscheibe dargestellt, bei der diesem Übelstand dadurch abgeholfen ist, dass sich je zwischen den beiden Feldern 10 und 11 eines Abschnittes eine Übergangszone 16 befindet, in der das Spaltmuster parallel zur Grenzlinie 9 der beiden Felder verläuft. In dem jedem Feld angehörige Teil der Übergangszone 16 weist das Spaltmuster die gleiche Teilung in Bewegungsrichtung auf wie im betreffenden Feld. Auf diese Weise werden die unvermeidlichenUnstetigkeitsstellen einer kombiniertenAbtastfigur in ein Gebiet verschoben, das für die Auswertung bedeutungslos ist. An jeder Stelle der Grenzlinie 9 ist der Frequenzumschlag örtlich und somit auch zeitlich eindeutig bestimmt.
DieBreite der Übergangszone richtet sich nach der Charakteristik der für die Signalauswertung in der elektronischen Einrichtung 7 (Fig. 1) vorgesehenen Mittel. Massgebend ist einzig die Bedingung, dass die vom Rand der Übergangszone 16 ausgelöste Störfunktion bis zum Zeitpunkt des Frequenzumschlages abgeklungen sein muss.
Die Massnahme nach der Erfindung kann mit gleichem Erfolg auch bei einem geradlinig bewegten Abtastorgan, z. B. in Form eines endlosen Filmstreifens, angewendet werden.