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"Verfahren und Vorrichtung zur Entfernungsmessung" Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und dazugehörige Vorrichtungen zur einstellung eines Basis-b'ntfeflnungsmessers
und gvf. eines mit dem bntfernungsmesser gekuppelten Gerätes. Die Erfindung besteht
darin, daß die von beiden Strahlen des Entfernungsmessers entworfenen Bilder auf
je einen Strahlungsempfänger geleitet und mit relativ zu den Bildern synchron bewegten
Schlitzblenden periodisch abgetastet werden und daß die von den Strahlungsempfängern
gelieferten Signale zur Steuerung des Entfernungsmessers bzw. des mit ihm gekuppelten
Gerätes dienen. In einer zur Ausübung dieses Verfahrens dienenden Vorrichtung ist
in der Bildebene jedes Strahles ein Strahlungsempfänger angeordnet und es sind synchron
bewegte Schlitzblenden vorgesehen, welche die Bilder abtasten so daß die Signale
der Strahlungsempfänger nur dann gleich sind, wenn die Bilder an allen ihren Punkten
übereinstimmen. Verwendet man bei einer anderen Ausführungsform drahtförmige Strahlungsempfänger
und bewegt eines oder beide der Bilder über einen solchen periodisch hinweg, BO
können die Schlitsblenden fortfallen. Man kann in einer anderen Ausführungsform
nur einen Strahlungsempfänger benutzen, dem in rascher Folge abwechselnd die beiden
Bilder zugeführt werden. Rine weitere Ausführungsform besteht darin, daß man einen
Schnittbild-oder Invert-Entfernungsmesser benutat, in dessen Okularbildebene hinter
jedem Teilbild ein Strahlungsempfänger angeordnet ist, wobei die Bildebene durch
nur einen Spalt abgetastet wird. Die beiden Strahlungsempfanger liefern nur dann
gleiche Ströme, wenn die beiden Teilbilder genau übereinander stehen.
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Ist das nicht der Fall, 90 liefern die beispielsweise gegeneinander
geschalteten Strahlungsemp£-inger wührend des Abtastens resultierende Signale, die
zur Einstellung des @ntfernungsmessers bis zum Verschwinden der Signale dienen.
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Hierzu ist es wünschenswert, noch die Richtung, d h. das Vorzeichen
der Abweichung von der richtigen Entfernungseinstellung zu bestimmen. Dies erfolgt
durch Modulierung (z.B. des Ablenksp9iegels) mindestens eines der Teilbilderstrahlen,
so daß man aus der Phase der Modulation, im Moment des Nulldurchganges des Differenzstroms
ein das Vorzeichen und Betrag der Abweichung angebendes Signal erhält. Die Zeitkonstante
dieser phasenempfindlichen Einrichtung liegt in der Größenordnung der Abtastbewegungsperiode,
so daß alle Stellungen der Abtastplatte brücksichtigt sind, damit zufällige Nulldurchgänge
unwirksam bleiben Diese Yorbeicbenbestimmung ist in anderen Zusammenhängen an sich
bekannt. Eine husführungsform besteht darin, daß mindestens in einem der Strahlen
ein ablenkendes Mittel eingeschaltet ist, welches mit einer anderen Prequenz als
die Frequenz der Abtastung den Strahl hin und her bewegt.
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Dieses Mittel kann in einer Vibration eines der Spiegel des Entfernungsmessera
oder einer strahlenablenkenden Platte oder dergleichen bestehen.
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Daß Verfahren und die Vorrichtungen, wie allgemein beschrieben seien
noch näher erläutert.
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Zur Vereinfachung sei von einem Invert-Entfernungsmesser ausgegangen.
In der Fig. la-c sind 3 Stellungen der Teilbilder einen Invert-Entfernungsmessers
schematisch dargestellt.
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Während in Fig. 1a der Gegenstand zu weit und in Fig. ic zu nahe liegt,
ist der Entfernungsmesser bei der Lage nach Fig. 1b richtig eingestellt, die Bilder
stehen exakt dbereinander. Führt man nun Über die beiden Teilbilder einen Spalt
wie in Fig. 2 gezeigt und photometriert man die beiden Spalthälften getrennt, also
den Liclitfluß oberhalb AB und unterhalb und vergleicht die am Strahlungsempfänger
entstehenden Ströme, so wird über den ganzen Bildbereich dann und nur dann Gleichheit
der Ströme vorhanden eein, wenn im Entfernungsmesser die beiden Teilbilder exakt
Übereinander liegen. Es sei hier als (einzige) Ausnahme erwähnt, daß streng periodische
Gegenstände (ein Lattenzaun z.B.) nach diesem Verfahren nicht vermessen werden können.
Auch muß das Gesichtsfeld des Entfernungsmessers so klein sein, daß nicht mehrere,
übereinander liegende Objekte verschiedener Entfernung in ihm erscheinen. Aus der
vorhandenen Differenz der Ströme bei nicht abgestimmtem Entfernungsmesser lassen
sich Regel signale ableiten zum selbsttätigen Abstimmen des Entfernungsmessers und
Steuersignale für auf eine Entfernung einzustellende weitere Geräte.
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In pig. 3 ist eine AutfUhrungsform des erfindungsgemäßen selbett tätigen
Entfernungsmessers gezeigt. Ein Sucher ist mechanisch fest mit dem Basisentfernungsmesser
verbunden. 1 und 3 ist die Optik des Suchers, in den durch den Würfel 2 ein vom
Objektiv 4, Spiegel 6 und Optik 7 kommender Teilstrahlengang des Entfernungsmessers
eingespiegelt wird, ao daß der Benutzer in dem Sucherbild 21 tig. 4) das Teilbild
22 im gleichen Maßstab wie das Sucherbild sieht. Durch ein halbdurchlässigen Spiegel
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wird ein Teilstrahl über die Optik 8 zum Strahlungsempfänger,
z.B. zu einer Widerstandsphotozelle 11 geschickt. Durch das zweite Objektiv 13 des
Basisentfernungsmessers wird der andere Entfernungsmesserstrahl über einen beweglichen
Spiegel 14 und eine Linse 15 auf den Strahlungsempfänger 12 geworfen. Ein Doppelepalt
9, der vor 11 und 12 je einen schmalen Streifen der beiden durch 4 und 13 entworfenen
Weilbilder freigibt, schwingt, durch die Vorrichtung lo angetrieben, vor den beiden
Strahlangsempfängern. Die in den beiden Strahlungsempfängern ii und 12 entstehenden
elektrischen Signale werden in dem elektronischen Gerät 20 miteinander verglichen.
In diesem Gerät sind Regelglieder vorgesehen, die bewirken, daß zufällige Nulldurchgänge
nicht zur Wirkung kommen und nur dann die Kompensation beendet ist, wenn über den
ganzen Bildumfang beider Strahlungsempfänger die gleichen elektrischen Signale auftreten.
Dies kann m einfachsten dadurch bewirkt werden, daß den Regelgliedern eine Zeitkonstante
gegeben wird, die gleich oder größer ist als die Abtastzeit des Spaltes für die
gesamte Abtastung der Teilbilder. Das Überwiegendes einen Signals über das andere,
also die Differenzspannung, wird im Gerät 20 verstärkt und als Regelspannung für
den Antrieb eines Elektromotors oder Ratsche oder dergleichen 19 zum Verdrehen z.B.
eines Aufnahme-Objektivs 16 benutzt. Mit diesem Objektiv ist eine Kurvenscheibe
7mechanisch verbunden, die mit einer Rolle und Hebel 18 mechanisch abgegriffen wird
uno den beweglichen Ent;fez'nnngsmesser-Spieeel 14 schwenkt. In dieser Pigur ist
die notwendige Drehsinnänderung der objektiv-Verstellung nicht gezeichnet. Da ein
aperiodisches Annähern in die Kompensationsstellung im allgemeinen nicht erwiinscht
ist, muß mit tterschwingen der Kompensation
und Schwingen Ufil die
Kompensation des einzustellenden Geräteteils gerechnet werden. Dies ist aber leicht
durch bekannte technische Maßnahmen zu verbessern, z.B. durch polarisierte I. elais,
die bei Null-Durchgang der Signale den Drehsinn des elektromechanischen Stellgliedes
z.B. des Elektromotors ändern.
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Fier wurde bisher immer nur von Objektiven z.B. für Steh- oder Laufbildkameras
gesprochen, die auf Entfernung gemäß vorliegender erfindung selbsttätig eingestellt
werden. Die gleiche Anordnung kann natürlich auch für die Entfernungseinstellung
von Geschützen u.ä. Verwendung finden.
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Die Anordnung gemäß Fig. 3 ist jedoch noch unvollkommen. Sie kann
nicht unterscheiden z.B. bei bewegten Objekten, ob das anvisierte Objekt näher oder
weiter als der eingestellte Wert liegt. In Fig. 5 sind schematisch die Differenzsignale
der beiden Strahlungsempfänger in Abhängigkeit von der Entfernung aufgezeichnet.
Am Punkt 11scharf" kompensieren sich die Signale, aber näher und "weiter können
gleich sein, so daß aus einem Vergleich der Signale über das Vorzeichnen der zur
Erreichung der Scharfeinstellung nötigen Bewegung keine Information zu erhalten
ist.
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Daher läßt sich die Anordnung nach-ig. 3 nur so benutzen, daß stets
von einer bestimmten, fest vorgegebenen Entfernung (z.B. bei Photo-Objektiven vom
Punkt "unendlich") begonnen werden muß.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insb. für militärische
Zwecke ist es aber meiitens erwünscht, Über eine Entfernungsmessung ruhender Objekte
hinaus auch solche bewegter Objekte selbsttätig rorsunehsen.
zur Ausübung In Fig 6 ist eine Vorrichtungvdes erfindungsgemäßen
Verfahrens, die dieses leistet, schematisch dargestellt. Der 3asisentfernungsmesser
besteht aus den beiden Objektiven 23 und 24.
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Die Linspiegelung in ein Kernrohr ist-weil hier nebensachlich - weggelassen.
Das Teilbild I von 23 wird über den Spiegel 26 und den Strahlvereiniger 42 in die
ebene ker Spaltblende 30 geworfen. Ebenso das Teilbild von 24 über Spiegel 27. f1
Ein mit der Frequenz hin- und herschwingender Verschluß 25 gibt abwechselnd den
Lichtweg hinter Objektiv 23 oder 24 frei.
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Als Strahlenempfänger 28 dient eine drahtförmige bspw. iiderstandsphotozelle
mit Spaltblende 30. Zwischen der optischen Strahlzusammenführung 42 der beiden Teilbilder
und dem Strahlungsempfänger ist ein mit der Frequenz f3 rotierender Glaswürfel eingefügt,
der jedes Teilbild mit einer Frequenz f3 über den Strahlungsempfänger führt. Durch
diese Anordnung werden abwechselnd Streifen von I und II über den gesamten Bildumfang
dem Strahlungsempfänger zugeführt. Würden jetzt, wie in Fig . 3, die Signale verglichen
und verstärkt werden, so könnte mit dem daraus abgeleiteten Regel signal ein Motor
39 die planparallele Platte 40 drehen, die bewirkt, daß das Teilbild von II sich
in der Bildebene 30 so lange verschiebt, bis beide Signale sich kompensieren. Um
nun das Vorzeichen des Regelvorganges bestimmen zu können, ist im Strahlengang von
I noch ein um die Symmetrielage pendelndes planparalleles Blättchen 36 vorgesehen,
das mit der Frequenz f2 Schwingt. Die Frequenzen sind so zu bestimmen, daß f1 >
f2 > f3 ist.
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Um nun die absolute RegelgröBe und das Vorzeichen zu bestimf1 oder
men, führt man in einem Selektivserstärker 31, der auf #f1-halbe abgestimmt ist,
den Vergleich der beiden Impulse durch. Die Impulefolgen sind in Fig. 7 schematisch
dargestellt. Bei falscher Einstellung sind die Streifenimpulse-von Ueilbild I von
denen von II verschieden; bei Regelung gleichen sie sich an, wobei der Regelstrom,
wie 7c zeigt, abfällt. Vergleioht man nun die Nulldurchgänge der Kompensation mit
der Phase von 36, bspw. indem man Spannung von 35 in ein phasenempfindliches Glied
34 führt, so gibt die Phasenlage an, nach welchen Vorzeichen der Regelvorgang zu
erfolgen hat. 32 ist ein Gleichrichter, der einen gleichgerichteten Regelstrom (Fig.
7c) liefert. Das Regelglied 37 drückt eine Zeitkonstante dem ganzen Regelvorgang
auf, die vergleichbar groß zu der hbtastzeit bpider Teilbilder aus I und II ist.
Schließlich werden die Regelströme im Verstärker 38 verstärkt und dem auf die planparallele
Platte wirkenden Stellmotor 39 zugeleitet. Auf der Achße dieses Motors können die
Steuerhilfsmittel, z.B. ein Potentiometer, angebracht werden, das dann die Steuerbefehle
an die weiter angeschlossenen Geräte abgibt.
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Selbatverständlich können die Steuersignale weiter analysiert werden,
indem die Geschwindigkeit im Raum des beobachteten Gegenstandes z.B. durch Impulsdifferentiation
oder dergleichen bestimmt wird. Bei mechanischer Kopplung des Fernrohres mit dem
Basisentfernungsmesser kann der Winkel von einer festen Richtung, die Winkelgeschwindigkeit
und mit der ??elr1tivgeschwin digkeit auch die Bewegungskurve im Gelände, die absolute
Geschwindigkeit und - in Kombination mit anderen Konstanten des zu steuernden Gerätes,
z.B. bei Geschützen der Vorhaltwinkel,