DE1623354A1 - Anordnung zur Bestimmung der Abweichung eines Objekts von einer Sichtlinie - Google Patents

Description

Anordnung zur Bestimmung der Abweichung eines Objekts

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung der Abweichung eines Objekts von einer Siehtlinie, die von einem in Abstand von dem Objekt befindlichen Punkt ausgeht, der im folgenden als Bezugspunkt bezeichnet wird, mittels Strahlungsenergie, und zwar insbesondere Strahlungsenergie im sichtbaren Bereich oder in den angrenzenden infraroten oder ultravioletten Bereichen des Spektrums. Die Abweichung des Objekts kann entweder lediglich in einer Richtung» beispielsweise in Azimutrichtung oder Höhenrichtuhg» oder

109813/0275

- . ' ■ BAD ORIGINAL

in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen bestimmt werden, beispielsweise in der Azimutrichtung und in der Höhenrichtung. Das Objekt kann stationär oder beweglich sein und beispielsweise aus einem Schiff, einem Bodenfahrzeug oder einem fliegenden Objekt bestehen, beispielsweise einem Flugzeug, einem G-eschoß oder einer Rakete. Wenn das Objekt beweglich ist, kann die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erhaltene Information über die Abweichung des Objekts von der Sichtlinie zur Lenkung oder Steuerung des Objekts entweder von Hand oder automatisch in solcher Weise benutzt werden, daß das Objekt veranlaßt wird, der Sichtlinie zu folgen. Der Bezugspunkt, von dem die Sichtlinie ausgeht, kann stationär oder beweglich angeordnet sein. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung ist es möglich, auch die Entfernung des Objekts von dem Bezugspimkt zu bestimmen.

Es sind Anordnungen zur Bestimmung der Abweichung eines Objekts, insbesondere eines fliegenden Objekts, von einer Sichtlinie unter Benutzung von sichtbarem oder infrarotem Licht bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen muß das Objekt selbst strahlen oder mit einer Lichtquelle ausgerüstet sein. Im Bezugspunkt ist ein Teleskop vorgesehen, dessen Richtung die Richtung der Sichtlinie angibt, Diese« Teleskop umfaßt einen stationären oder in manchen Fällen sich drehenden Schirm, der mit einem Muster bus transparenten

² " ^- BAD ORiGiNAt

109813/027 5

und opaken Bereichen versehen ist, eine auf das durch den Schirm fallende Licht ansprechende Fotozelle und ein optisches System, das die Lichtquelle des Objekts auf dem .Schirm abbildet und dessen Siehtachse auf einer kreiskonischen Fläche um die Sichtlinie rotiert, wodurch das Bild der Lichtquelle des Objekts auf dem Schirm einen Weg beschreibt» der von seiner,Abweichung von der Sichtlinie bestimmt wird. Folglich erzeugt die Fotozelle ein Ausgangssignal» das in Abhängigkeit von der Nutation und einer möglichen Rotation des Schirms abhängig ist und das zur Ermittlung einer Information über die Abweichung des Objekts von der Sichtlinie analysiert werden kann. Diese bekannten Anordnungen haben verschiedene prinzipielle Nachteile. So muß das Objekt beispielsweise entweder selbst strahlend sein oder mit einer starken Lichtquelle ausgerüstet sein, die durch das Teleskop gesehen werden kann» In militärischen Anwendungsfällen ist es jedoch allgemein un—erwünscht, dae Objekt mit einer'starken Lichtquelle auszurüsten. Weiterhin wird die Information über die Abweichung des Objekts von der Sichtlinie beim Bezugspunkt erhalten, während für eine automatische Lenkung des Objekts diese Information an dem Objekt selbst gebraucht wird. Weiterhin haben die bei den vorbekannten Anordnungen benutzten Schirmmuster verschiedene Nachteile. Die bekannten Schirmmuster haben eine solche Geometrie, daß das Ausgangssignal der Fotozelle eine Grundkomnonente oder Trägerwelle besitzt, deren Frequenz durch die Nutationsgeschwindigkeit bestimmt wird, und eine Infor-

109813/027S

mationskomponente₈ die der Grundkomponente ampli t\iden-, frequenz- oder phasenmoduliert überlagert ist. Die Amplitude oder Frequenz der Informationskomponente ist dann abhängig von der Größe der Abweichung des Objekts von der Sichtlinie, während die Phase der Informationskomponente gegenüber der der Grundkomponente abhängig von der Abweichungsrichtung ist. Die Analyse des Ausgangesignals der Fotozelle ist folglich vergleichsweise kompliziert und muß mit Hilfe genauer und vergleichsweise komplizierter Filtereinrichtungen vorgenommen, werden. Solche FiItervorrichtungen verursachen stets eine erhebliche Verzögerung, wodurch die Bestimmung der Abweichung des Objekts von der Sichtlinie langsam vor sich gehts d.h. daß die von der Anordnung in einem bestimmten Augenblick gegebene Information die Abweichung des Objekts von der Ziellinie in einem langer oder kurzer vergangenen Zeitpunkt anzeigt oder die d\irchschnittliche Abweichung des Objekts während eines bestimmten vergangenen Zeitabschnitts. Weiterhin ist es bei den vorbekannten Anordnungen nicht möglich, auch die Entfernung zwischen dem Objekt und dem Bezugspunkt zu bestimmen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung· zur Bestimmung der Abweichung eines Objekts von einer Si o.ht-Iinie zu schaffen, die von einem in Entfernung von dem Objekt befindlichen Bezugspunkt ausgeht, die nicht voraussetzt, daß-das Objekt selb st strahlend ist oder mit irgendeiner Lichtquelle vers'ehen ist, und bei der die Information

10-9813/0276

über die ibweicfrung des Objekts beim Objekt selbst erhalten wird.

Weiteren Ausgestaltungen der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung dieser Art zu schaffen, bei der die Aufnahme-und Auswerteeinrichtungen zur Analyse des Ausgangssignals der Fotozelle einfach sind und ein« erheblich geringere Verzögerung aufweisen, so daß der in einem beistimmten ?np;enblick erhaltene Wert_ für die Abweichung des Objekts von der Sichtlinie genauer der in diesem Augenblick tatsächlich herrschenden Abweichung des Objekts entspricht.

Schließlich liegt eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Anordnung dieser Art, die es gestattet, die Abweichung des Objekts entweder als Abweichungswinkel geaehen von dem Bezugspunkt aus oder als lineare Entfernung des Objekts von der Sichtlinie in einer Richtung eenkrecht-Bur Sichtlinie auswidrücken, wodurch es möglich ist, gleichzeitig auch die Fntfprnun^ des Objekts vom Bezugspunkt zu bestimmen. Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung dieser #rt zu schaffen, bei der die insgesamt «legeβendete Lich"troense klein ist.

Die erfindunirsffemäSe Lösung besteht darin, daß in dem Bezugspunkt eine Projektorvorrichtung zur Erzeugung eines 8trählungs bfJndels untergebracht int, dao länger dem XTmfang eines Kreiskonuq um die Sichtlinie nutiert, jedoch nicht um seine eigene Achse rotiert» und die 1n einer imwesentlichen der Entfer^ des Beaugspunkte von dem Objekt entepreohenden Distanz

ein Muster abbildet, das aus hellen -und dtmklen Bereichen besteht. In einer Ebene senkrecht zur Sichtlinie führt rieses Muster folglich eine zirkulartranslatorische Bewegung Uli die Sichtlinie als Zentrum aus. Das Muster ist rotationsunsymmetrisch um sein Zentrum, das beispielsweise mit einem Mlttelstrahl in dem ausgesaugten Lichtbündel· zu.s aminen fällt^ und ist geometrisch derart aufgebaut, daß wenigstens eine erste vom Mittelpunkt des Musters ausgehende Radi air ich tu ng und eine zweite Rad i alri chtung, die mit der ersten Radi al richtung einen Winkel von 18O° einschließt, festgelegt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt weiterhin eine fotoempfindliehe Einrichtung, beispielsweise eine Fotozelle, die an dem Objekt angeordnet ist und der Projek.torvnrrich.tung zugewendet ist und die in Abhängigkeit von der Vorbeibewegung der hellen und dunklen Bereiche des Musters modulierte iusgangssignale erzeugt. Weiterhin ist eine Zeitmeßeinrichtuner vorgesehen, die während eines Wutationszyklus die "Differenz zwischen dem Zeitintervall von dem Augenblick, in welchem die erste Radialrichtung des Musters an der fotoempfindlichen Einrictrhing vorbeigeht, bis zu dem Augenblick, wenn die zweite Radialrichtung des Musters an der fotoempfindlichen Einrichtung vorbeigeht, und dem Zeitintervall von dem letzterwähnten Augenblick bis zu dem Augenblick, in welchem die erstgenannte Radialrichtung dee Musters wieder an der fotoempfindlichen Zelle vorbeigeht, bestimmt und ein Ausgangs- eignal ereeugt, dae dieser Differenz proportional ist. Piesea Auegnngealgnal let der Abweichung des Objekte von der Sicht-

Linie in einer Richtung senkrecht zu den genannten ersten und beiden Radialrichtungen des Musters direkt proportional.

Eine weitere ÄusfUhrungsform der Erfindung macht es möglich, die Abweichung des Objekts von der Sichtlinie in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen zu bestimmen, beispielsweise in Azimutrichtung und Höhenrichtung. Gemäß dififler weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mustergeometrie weiterhin eine dritte und vierte Radi βIrIchtung ausgehend von dem Zentrum des Musters festlegt, die miteinander einen Winkel von 18O° und gegenüber der ersten und zweiten Richtung einen Winkel von 90° in dem Mister einschließen, und daß eine zweite Zeitmeßeinrichtung vorhanden ist, auf die das Pusgangssignal der fotoempfindlichen Einri ohtung einwirkt und die während eines Nutationszyklus die Differenz zwischen dem Zeitintervall von dem Augenblick, in welchem die dritte Richtung des Musters die fotoempfindliehe Einrichtung überstreicht, zu dem Augenblick, in welchem die vierte Richtung des Musters die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht, sowie dem Zeitintervall zwischen dem letzterwähnten Augenblick und dem Augenblick, in welchem die dritte Richtung des Musters wieder die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht, bestimmt und ein dieser Differenz proportionales lusgangssignal erzeugt. Diese ^usgangssignal der zweiten Zeitmeßeinrichtung ist direkt proportional der Abweichung des Objekts von der Sicht-

109813/0278

linie in einer Richtung senkrecht zur dritten und vierten Richtung des Musters.

Bei einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung, durch die es möglich ist, die Abweichung des Objekte von der Sichtlinie in zwei zueinander senkrecht stehenden Richt\mgen_a beispielsweise Azimut- und Höhenrichtung, zu bestimmen, ist vorgesehen, daß die Geometrie des Musters auch eine vom Zentrum des Musters ausgehende dritte Radi airjchtung festlegt, die mit der ersten und der zweiten Richtung des Musters jeweils einen Winkel von 90 bildet, und daß eine zweite Zeitmeßeinrichtung vorhanden ist, auf die das Ausgangssignal der fotoempfindlichen Einrichtung einwirkt und die während eines Nutationszyklus die Differenz zwischen dem Zeitintervall von dem Augenblick, in welchem die erste Richtung die fotoempfind-Iiehe Einrichtung überstreicht, bis zu dem Augenblick, in welchem die dritte Richtung des Masters die fotoempfindIiohe Einrichtung überstreicht und dem Zeitintervall von dem letzterwähnten Augenblick bis zu dem Augenblick feststellt, in welchem die zweite Richtung des Musters die fotoempfindH ehe Einrichtung überstreicht, und ein dieser Differenz proportionales Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal· der zweiten Zei tmeßeinrichtung wird dann direkt proportional· der Abweichung¹ des Objekts von der Sichtlinie in einer Ri chtimg senkrecht zu der dritten Richtung des Musters sein.

Die verschiedenen Richtunger in dem *hbiId des Musters, dos -von dem Lichtbündel erzeugt wird, können in der G-eometri ρ

* -» - j, _ 8 - ßAD ORIGfNAL

109813/027-6

des Musters definiert oder angedeutet werden entweder dladurch, daß das Muster Grenzlinien zwischen dunklen und hellen Bereichenen.thält, die mit den Richtungen zusammenfallen, oder daß ibidem Muster schmale helle Sektoren enthalten sind» die sich radial vom Zentrum des Musters in diesen Richtungen erstrecken. Tm ersten Fall werden die verschiedenen, erwähnten Zeitintervalle zwischen den Augenblicken gemessen, in denen die Grenzlinien zwischen hellen und dunklen Bereichen des Musters die fotoempfindIi ehe Einrichtung überstreichen, während im zweiten Pail die Zeitintervalle zwischen den Augenblicken gemessen werden, in denen die Mittellinien der hellen Sektoren des Musters die fotoempfindliche Einrichtung überstreichen.

Wie erwähnt, sind die oben genannten Zeitdifferenzen direkt proportional der Abweichung des Objekts von der Sichtlinie, genauer gesagt: den von dem Bezugspunkt gesehenen Abweichungswinkeln von der Sichtlinie, wenn der Nutationswinkel, d.h. der Winkel zwischen der Richtlinie und dem Mitteletrahl des ausgesandten, nutierenden LichtbUndels, konstant bleibt. Gemäß pi η er /usführungsform der Erfindung kann die Projektorvorrichtun*? jednnh mit Einrichtungen zur änderung des Nutationswinkeli? umgekehrt proportional der Entfernung zwischen dem BpzTU'Fwmrikt, d.h. der Projektorvorrichtung, und dem Objekt vprseh<=>n sein, in welchem Fall die oben bestimmten Zeitdifferenzen direkt proportional der linearen Abweichung des Objekts von der Sichblinie, ausgedruckt 1n Längeneinheiten, werden.

10 9813/0276

Eine weitere Ausfu'hrungsform der Erfindimg ist geeignet zur gleichzeitigen Bestimmung der Entfernung des Objekts vom Bezugspunkt. Bei dieser weiteren Aus führung; sf or m der Erfindung kann das Ausgangs signal der zusätzlichen Zeitmeßeinrichtung, das der Entfernung des Objekts von dem Bezugspunkt proportional ist, in entsprechender Weise der ersten und der zweiten ZeitmeßeJnrichtung zugeführt werden» die lediglich auf das Ausgangssignal der ersten fotoempfindlichen Einrichtung reagieren und die Abweichung des Objekts von der Sichtlinie bestimmen. Diese erste und zweite Zeitmeßeinrichtung sind dann fähig, Ausgangsgrößen zu erzeugen, die proportional den Produkten der von diesen Zeitmeßeinrichtungen festgestellten Zeitdifferenzen mit dem Ausgangssignal der zusätzlichen Zeitmeßeinrichtung sind. Diese Ausgangsgrößen sind dann direkt proportional der linearen Abweichung des Objekts von der Sichtlinie, ausgedrückt in Längeneinheiten, wenn der Nutationswinkel konstant gehalten ist.

Im folgenden werden die Prinzipien und weitere Eigenschaften der Erfindung in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die eine Zahl von Ausführungsformen der Erfindung in Form von Beispielen aeigt.

Fig. 1 zeigt schematisch die G-esamtanordnung gemäß der Erfindung, die zur Bestimmung der Abweichung eines Flugkörpers von einer Sichtlinie dient, die von einem festen Punkt am Boden ausgeht}

- 10 -

109813/0275

I¹Jρ·. P zeigt die Geometrie eines Musters, das die Bestimmung der Abweichung flea Objekts in Azimut richtung von der Sichtlinie und gewünschtenfalls gleichzeitig auch der Differenz des Objekts vom Bezugspunkt ermöglicht, und zeigt weiterhin das Zusammenwirken zwischen dem mutierenden Bild des Musters und den Fotozellen des Objekts j .

Fig. 3 ist ejn Diagramm, das die Ausgangssignale der gemäß Fig. 2 angeordneten Fotozellen und die während eines TÜutationszyklus zu bestimmenden Zeitintervalle zeigt_s die zur Bestimmung der Abweichung des Objekts in Azimutrichtung bzw. der 'Entfernung des Objekts dienen j

Fig. If j st ein schematisches Blockbild einer Anordnung zur Auswertung, die in Verbindung mit einer Anordnung gemäß Pig. 2 zur Bestimmung der Azi mutabweichung des Objekts von der Sichtlinie dienen kannj

Fig. 5 ist ein schematisches Blockbild einer ähnlichen Auswerteanordnung, die in Verbindung mit der Anordnung gemäß Fig. 2 zur Bestimmung der Äzimutabweichung des Objekts und seiner Entfernung vom Bezugspunkt benutzbar i st;

Fie. 6 veranschaulicht schematisch die Geometrie eines Musters, da" zur Bestimmung der Azi mutabwei chung und der Höhenabwei chuJig eines Objekts benutzt werden kann und gewünscht enfalls auch der Entfernung des Objekts vom Bezugspunkt j es zeigt weiterhin das Zusammenwirken

109813/0275 bad

zwischen dem Muster und den in entsprechender Weise am Objekt angebrachten Fotozellen;

Fig. 7 ist ein Diagramm, des die Äusgangssignale der beiden Fotozellen in der Anordnung nach Fig. 6 und die Zeitintervalle zeigt, die zur Bestimmung der ^zimutabweichunff, der Höhenabwei ohung und der Entfernung des Objekts vom Bezugspunkt zu messen sind;

α. Fig. S ist ein Blockbild einer Einrichtung zur Auswertung,

die in Verbindung rrnt der Anordnung gemäß Fig. 6

zur Bestimmung der /.zi muta.bwei ohung, der Höhenabweichung und der Entfernung des Objekts vom Bezugspunkt verwendet werden kann;

Fig. 9 veranschaulicht die Geometrie eines weiteren Musters, das tait Bestimmung der izimutabwei chung, der Höhenabweichung und der Entfernung des Objekts vom Bezugspunkt verwendet werden kann, und das weiterhin das Zusammenwirken des Musters und der am Objekt vorgesehen Fotozellen zeigt;

Fig. 10 ist ein Diagramm, das die iusgangssignale der beiden Fotozellen in der Anordnung nach Fig. 9 zeigtJ

Fig. 11 zeigt schematisch und teilweise jm Schnitt eine vortei 1-hafte Pro iektorvorrichtung für ein System nach dpr Erfindung und

Fig. 12 zeigt schemata sch und teilweise im Schnitt eine andere? vortei !hafte Pro jektorvorri

ORlG!--· - - 1? -

109813/027 5

Fig. 1 zeigt im Prinzip den allgemeinen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung der Abweichung eines Flugkörpers 1, d.h. eines fliegenden Objekts von einer Sichtlinie 2, die von einem festen Bezugspunkt am Boden ausgeht. Wie oben erwähnt, kann die Erfindung auch zur Bestimmung der Abweichung eines Bodenfahrzeugs oder eines Schiffes von einer Sichtlinie dienen, die

von einem in Entfernung von dem Fahrzeug oder Schiff befindlichen Bezugspunkt ausgeht. Der allgemeine Aufbau des erfindungsgemäßen Systems bleibt davon unbeeinflußt. Ebensowenig wird der allgemeine Aufbau der erfindungs— gemäßen Anordnung davon beeinflußt, ob das Objekt beweglich oder nicht beweglich ist, ob nur die Azimutabweichung oder nur die Höhenabweiehung des Objekts oder sowohl die Azimutabweichung als auch die Höhenabweichung bestimmt werden sollen_o

Die Anordnung umfaßt eine Projektorvorriohtung, die allgemein bei k angedeutet ist, und im Bezugspunkt 3» gerichtet in der Sichtlinie 2, angeordnet ist. Die Projektorvorrichtung sendet ein Lichtbündel aus, das eine zirkuiarkonische Nutation um die Sichtlinie 2 ohne notation um die eigene Achse ausführt und eine solche Lichtverteilung hat, daß sie in einer im wesentlichen der Entfernung des Objekts entsprechenden Entfernung ein IJiId eines flieh aus dunkl-en und hellen Bereichen zubcuiiniensetzenden Musters erzeugt. Der Einfachheit halber zeigt Fig. 1 weder das LLchtbündel noch das Abbild des Musters. Die Zeichnung zeigt hingegen die konisohe Fläche 5_t

BAD ORIGINAL - 13 -

109813/027B

den Nutationskegel, längs dessen der Zentralstrahl des aus-* gesandten Lichtbündels sich um die Sichtlinie 2"bewegt. In Ebenen senkrecht zur Sichtlinie 2 beschreibt der Zentral— strahl des Bündels einen Kreis 6, dessen Mittelpunkt auf ier Sichtlinie 2 liegt. Da sich das Lichtbündel nicht um seine eigene Achse dreht, führt das erzeugte Abbild des Musters eine translatorische Kreisbewegung in Ebenen senkrecht zur Sichtlinie 2 mit dieser als Zentrum aus. Der Nutationswinkel, d.h., der Winkel zwischen der konischen Fläche 5 und der Sichtlinie 2, ist bei ψ angedeutet. Die Distanz zwischen dem Bezugspunkt 3 und dem Objekt 1 ist bei L angedeutet.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt weiterhin eine fotoempfindliehe Einrichtung 7 an dem Objekt 1, die der Projektorvorrichtung h derart zugewendet ist, daß sie von den hellen Bereichen des Lichtbündels beleuchtet Aiird, wenn diese heilen Bereiche die fotoempfindliehe Einrichtung 7 überstreichen, die von einer Fotozelle gebildet sein kann. Weiterhin ist eine Auswertungsanordnung vorgesehen, die allgemein bei 8 angedeutet ist und die an die Ausgangssignale der Fotozelle 7 angeschlossen ist lind deren Ausgangssignal zur Bestimmung der Abweichung des Objekts von der Sichtlinie auswertet.

~ 14 ~

BAD OPdGlNAL

109813/0 2 76

Wenn auch die Entfernung des Objekts vom Bezugspunkt bestimmt werden soll, ist eine zusätzliche, zweite Fotozelle 9 an dem Objekt 1 in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Fotozelle 7 angebracht» wie im einzelnen unten beschrieben wird. Das Ausgangssignal dieser zweiten Fotozelle wird auch der Auswertungsanordnung 8 zugeführt, die aus den Ausgangssignalen beider Fotozellen 7 und 9 die Entfernung L zwischen dem Objekt und dem Bezugspunkt feststellen kann.

Fig. 11 zeigt schematisch und teils im Schnitt eine vorteilhafte Projektorvorrichtung 4. Diese Projektorvorrichtung umfaßt eine Lichtquelle 10, deren Licht von einer Kondensorlinse derart gesammelt wird, daß nahe dem Kondensor eine Fläche gleichförmiger Ausleuchtung erreicht wird und daß ein Bild der das Licht aussendenden Teile der Lichtquelle in der Blendenöffnung einer Objektiv— linse 12 erzeugt wird. Innerhalb der Zone gleichmäßiger Ausleuchtung bei dem Kondensor 11 ist ein stationärer Schirm 13 angeordnet, der in transparente und weniger oder nicht durchlässige Bereiche aufgeteilt ist, die das vorbestimmte Muster bilden, von welchem ein Bild in der Nähe des bewegten Objekts mittels des Lichtbündels erzeugt werden soll. Die Objektivbrennweite hat eine solche Länge, daß ein scharfes Bild des Musters auf dem Schirm 13 in einer Entfernung erzeugt wird, die im wesentlichen der Entfernung des Objekts entspricht, dessen Entfernung von der Siehtlinie bestimmt werden soll.

- 15 -

109813/027B

Das Lichtbündel mit dem Muster des Schirms 13 wird um die optische Achse 14 des Objektivs 12, dessen Achse mit der Sichtlinie 2 zusammenfällt, mittels einer Prismenanordnung 15 zwischen dem Schirm 13 und dem Objektiv nutiert. Diese Prismenanordnung umfaßt zwei Dreiecksprismen 16 und 17, die hintereinander auf der optischen Achse derart angeordnet sind» daß ihre Brechflächen zueinander parallel sind. Die Prismen sind in Ringen l6a und 17a gehalten, die in einem Rohr oder einer Hülse 18 axial verschiebbar sind. Das Rohr 18 ist mittels eines Motors 19 um die optische Achse 14 über eine Welle 20 mit Zahnrad 21 und über den Zahnkranz 22 am Rohr 18 drehbar. Die gegenseitige Entfernung zwischen den beiden Prismen 16 und 17 kann mittels eines Motors 23 verändert werden, der eine Schraubspindel 24 dreht, die zwei gegensinnige Gewindeabschnitte aufweist, die mit entsprechenden Gewindebohrungen in den Ringen 16a und 17a der Prismen 16 und 17 zusammenwirken. Die beiden Dreiecksprismen 16 und 17 lenken gemeinsam den Zenträ-1strahl ψ durch das Objektiv 12 in einer Richtung parallel zur optischen Achse 14 des Objektivs derart ab, daß das Bild eines in Entfernung vom Mittelpunkt des Schirms befindlichen Punktes auf der optischen Achse 14 liegt. Da die beiden Prismen 16 und 17 um die optische Achse mittels des Rohrs 18 rotiert werden, bewegt sich dieser Punkt längs eines Kreises um das Zentrum des Schirms, wobei der Radius dieses Kreises von der Ablenkung der Prismen abhängt.. Das. Bild des Mittelpunkts des Schirms wird in einer Richtung 25 geworfen, die mit der optischen

1 Ö 9 8 13/0 2 7 S BAD ORiGiNAL - 16 -

Λ-

Achse 14 den Nutatronswinkel ψ bildet und um die optische Achse 14 rotiert, wenn die Prismenanordnung rotiert wird. Der Nutationswinkel kann durch Änderung des axialen Abstands zwischen den beiden Prismen 16 und 17 mittels des Motors verändert werden.

Zwischen dem Schirm 13 und dem Kondensor 11 ist eine zusätzliche Prismenanordnung angeordnet, die allgemein mit 15a bezeichnet wird. Diese zweite Prismen-* anordnung ist identisch der oben beschriebenen Prismenanordnung 15· Diese zusätzliche Prismenanordnung 15 ist für die Nutation oder die Änderung des Nutations— winkeis nicht erforderlich, ergibt aber den Vorteil, daß für den Kondensor 11 und das Objektiv 12 kleinere Linsen ohne Beeinträchtigung der Lichtstärke benutzt werden können. Dies geht auf die Tatsache zurück, daß bei Verwendung von zwei Prismenanordnungen 15 und 15a der Zentralstrahl durch das Objektiv 12 auch ein Zentralstrahl durch den Kondensor 11 ist.

Da nur diejenigen Teile des Schirms 13 beleuchtet zu werden brauchen, von denen das Objektiv 12 während der Nutation ein Bild entwirft, kann die Beleuchtungsstärke dieser Bereiche des Schirms 13 vergrößert werden, wenn der Nutationswinkel vermindert wird, wenn der Kondensor 11 aus einem Linsensystem mit veränderlicher Brennweite besteht, die im Verhältnis zur Verringerung des Nufcatioriswinkeis verändert wird,

~ 17 -

BAD ORIGINAL

109813/0276

is-

Fig. 12 zeigt in der gleichen Weise wie Pig. Il eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der Projektorvorrichtung 4. Diese Projektorvorrichtung gleicht im Prinzip genau 3er Projöktorvorrichtung gemäß Fig. 11 mit der einzigen Ausnahme, daß die beiden Dreiecksprismen 16 und 17 in der drehbaren Prismenanordnung 15 durch ein ebenes Parallelprisma 2b mit zwei zueinander parallelen und axial voneinander entfernten Brechflächen ersetzt sind, die einen schrägen Winkel mit der optischen. Achse lh des Objektivs bilden. Zur Änderung des Nutationswinkels ist das ebene Parallelprisma 26 in dem Rohr 18 derart angeordnet, daß es um eine Achse 27 geschwenkt werden kann, die zur optischen Achse Ik senkrecht steht und parallel ist zu den Brechflächen des Prisma 26. Das Prisma 26 kann um die Achse 27 mittels geeigneter, in der Zeichnung nicht dargestellter Einrichtungen derart gedreht werden, daß der Nutationswinkel ψ in ähnlicher Weise verändert wird wie im Falle der Vorrichtung nach Fig. 11.

Wenn auch die Projektorvorrichtungen nach den

Fig. 11 und 121 die oben beschrieben wurden, im Zusammen-

hang/tier erfindungsgemäßen Anordnung besonders vorteilhaft sind, kann doch jede Projektorvorrichtung benutzt werden, die in der Lage ist, ein konisch um die Sichtlinie nutierendes und ein Husterbild aus hellen und dunklen Bereichen in wesentlicher Entfernung vom Projektor bildendes LiohtbUndel auszusenden. Weiterhin ist es in bestimmten AusfUhrungsformen der Anordnung nach der

- 18 -

109813/0275

Erfindung nicht erforderlich, daß der Nutationswinkel der PrQjektorvorrichtung veränderbar ist. Weiterhin können die Projektorvorrichtungen gemäß Fig. 11 und 12 mit Vorteil auch in anderen Anwendungsfällen und Zusammenhängen benutzt werden, wenn ein zirkularkonisch nutierendes Lichtbündel mit veränderbarem Nutationswinkel ausgesandt werden soll.

Fig. 2 zeigt die Geometrie eines Schirmmusters, das in einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung der Horizontaübweichung, d.h. der Azimutabweichung, des Objekts von der Sichtlinie vorteilhaft ist. Unter Benutzung dieses Musters ist es auch möglich, gleichzeitig die Entfernung L des Objekts vom Bezugspunkt zu bestimmen. Fig. 2 veranschaulicht die senkrecht zur Sichtlinie 2 stehende Ebene, die die zwei Fotozellen 7 und 9 des Objekts enthält. Zur Bestimmung der Azimutabweichung des Objekts wird nur die Fotozelle 7 benutzt. Diese ist in Fig. 2 in einer Entfernung s von der Sichtlinie 2 gezeigt, d.h., es wird angenommen, daß das Objekt eine lineare Azimutabweichung s nach rechts gegenüber der Sichtlinie 2 aufweist. Die zweite Fotozelle 9 wird nur zur Bestimmung der Entfernung des Objekts verwendet. Die Fotozelle 9 befindet sich in derselben Höhe wie die Fotozelle 7 und in einem vorbestimmten Abstand d davon. Die die beiden Fotozellen 7 und 9 verbindende Linie ist in diesem Fall folglich horizontal. Fig. 2 zeigt weiterhin den Kreis 6 um die Sichtlinie 2 als Mittelpunkt, längs dessen sich der Zentralstrahl des nutierenden Lichtbündels

~ f⁹^" BAD ORIGINAL

109813/1275

bewegt. In der Ebene der Fig. 2 sei angenommen, daß das Licht— bündel sich auf die Fläche innerhalb des Kreises 28 beschränkt. In der dargestellten Ausführungsform des Musters, das von dem Lichtbündel erzeugt wird, sind ein heller Bereich 29 und ein dunkler Bereich 30 (schraffiert) vorhanden. Der Mittelpunkt des Musters, von dem angenommen wird, daß er mit dem Zentralstrahl des Lichtbündels zusammenfällt, ist bei 31 gezeigt. Der helle Bereich 29 und der dunkle Bereich 30 des Musters sind durch eine gerade, vertikale Grenzlinie durch den Mittelpunkt 31 des Musters getrennt. Diese Grenzlinie soll eine erste radiale Richtung Rl vom Zentrum 31 des Musters und eine zweite radiale Richtung R2 vom Zentrum 31 des Musters angeben oder definieren, wobei die zweite Radialrichtung gegenüber der ersten um 180° versetzt ist. Der Radius des Nutationskreises 6 wird als r bezeichnet. Die Richtung der Nutation wird im Gegenuhrzeigersinn angenommen, so daß das Musterbild eine zirkulartranslatorische Bewegung im Gegenuhrzeigersinn um die Sichtlinie 2 als Zentrum ausführt, wobei der Mittelpunkt 3i des Musters " sich längs des Kreises 6 bewegt. Schließlich wird angenommen, daß ein Nutationszyklus beginnt, wenn die Mitte 31 des Musters in Punkt A direkt unterhalb der Sichtlinie 2 liegt. Wenn der Mittelpunkt 31 des Musters sich in Punkt B befindet, hat die Nutation 90° durchlaufen. Entsprechend sind 180 des Nutationszyklus vergangen, wenn der Mittelpunkt 31 des Musters sich in Punkt C, bzw. 270°, wenn der Mittelpunkt 31 des Musters sich in Punkt D befindet. Nach einem vollen Nutationszyklus

~ 20 «

109813/0275

kehrt der Mittelpunkt 31 des Musters in Punkt A zurück.

In Pig. 3 veranschaulicht die Kurve K? das Ausgangs— signal der Fotozelle 7 während eines Nutatiönszyklüs. Am Beginn des Nutatioiiszyklus, wenn sich der Mittelpunkt 31 des Musters in Punkt A befindet, liegt die Fotozelle im dunklen Bereich 30 des Musterbildes, wodurch das Ausgangssignal der Fotozelle gleich Null ist. Wenn der Mittelpunkt 31 des Musters Punkt E erreicht, überschreitet die Grenzlinie Ri die Fotozelle 7* so daß diese beleuchtet wird und ein Ausgangssignal erzeugt. Dieser Augenblick ist in Fig. 3 bei t. angedeutet. Danach bleibt die Fotozelle 7 beleuchtet, bis die Grenzlinie R2 des Musters die Fotozelle überläuft, was im Augenblick t„ (Fig. 3) stattfindet, unmittelbar bevor der Mittelpunkt 31 des Musters Punkt C des Kreises 6 erreicht. Danach bleibt die Fotozelle 7 unbeleuchtet, bis die Grenzlinie Rl des Musters während des folgenden Nutationszykius die Fotozelle 7 wieder überstreicht, was sich im Augenblick t, (Fig. 3) ereignet.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt^ hat sich das Musterabbild im Augenblick t, über einen Winkel et" vom Pürikt A wegbewegt. Folglich ist:

s
sin «4 = (i)

- 21 -

GRlGlWAL

Wenn die Abweichung s des Objekts von der Sichtlinie gering ist gegenüber der Länge des Radius r des Nutationskreises 6, kann die obige Beziehung (l) ersetzt werden durch:

CO- f (2)

Da die Nütationsgeschwindigkeit konstant ist, gilt:

t₁ = öt (3)

^kl
darin ist k. die konstante Nütationsgeschwindigkeit in Winkel-

einheiten pro Zeiteinheit. Folglich:

t_± = Ic₁ . f (4)

Diese Zeit t, vom Beginn der Nutation ist direkt proportional der Azimutabweichung s des Objekts von der Sichtlinie

In ähnlicher Weise kann gezeigt werden, daß der Augenblick tg um die Zeit k>s/r vor dem Augenblick liegt, in welchem der Mittelpunkt 31 des Musters die Läge C einnimmt. Der Augenblick t, wird offensichtlich in der gleichen Weise bestimmt wie der Augenblick t,.

Erfindüngsgemüß bestimmt oder mißt man die Differenz zwischen döffl Zeitintervall von dem Augenblick tj zum Augenblick tg UÜU dem Zeitintervall von dem Augenblick t„ bis zu dem Augenblick t-, d.h. die Zeitdifferenz:

* ^fcs.- ^iT^bO -(V⁴ä^J

Aus döi* iiÜigfeH Äblöifctiiig iiiiU Fig. 3 tirgibt sich:

- ^{22 w} BAD

1ÖSÖ13/D27S

Das ist die Zeitdifferenz^ü t zwischen der Länge der beleuchteten und unbeleuchteten Perioden der Fotozelle 7 während eines Nutationszyklüs, die der Azimutabweichung 2 des Objekts von der Lichtlinie 2 direkt proportional ist. Das Minuszeichen in Gleichung 6 bedeutet, daß die Abweichung nach rechts gerichtet ist. Wenn das Objekt nach links abweicht, wechselt der Wert der Grö'ßeA t_g das Vorzeichen und wird posijfciv.

Es ist offensichtlich, daß der in dieser Weise erhaltene Wert für die Azimutabweichung des Objekts von der Lichtlinie in keiner Weise von der vertikalen Lage des Objekts gegenüber der Sichtlinie beeinflußt wird. Die Grenzlinien Rl und R2 des Musters überstreichen nämlich die Fotozelle 7 in denselben Augenblicken unabhängig von der Vertikallage der Fotozelle, da diese Grenzlinien vertikal verlaufen und während der zirkulärtranslatorischen Bewegung des Musters um die Sichtlinie 2 vertikal bleiben.

Die Gleichung 6 offenbart, daß die Zeitdifferenz ^t nicht nur von der Azimutabweichung s des Objekts

sondern auch vom Radius r des Nu.tationskreises 6 '

abhängt. Für den Radius r des Nutationskreises gilt (vgl. Fig. 1):

r = ψ . L

Darin sind f der Nutationswinkel und L der Abstand des Objekts 1 von dem Bezugspunkt 3, von dem das Liclitbüiidel ausgeht. Gleichung (6) wird folglich

transformiert _ __.. „ _t

„,,.,. ■*» „ BAD ORSGiiW,

1098 13Vp^JS

Die Zeitdifferenz/\t ist also in Wirklichkeit proportional

s/L, d.h, der Winkelabweichung des Objekts von der Sichtlinie 2, gesehen vom Bezugspunkt 3» vorausgesetzt, daß der Nutationswinkelψ konstant gehalten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedoch der Nutationswinkel ψ durch geeignete Einrichtungen der Projektorvorrichtung k_f wie sie beispielsweise unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 besehrieben wurden, derart verändert werden, daß der Nutationswinkel ψ umgekehrt proportional dem Abstand L vom Bezugspunkt ist. Dann wird die ZeitdifferenzAt direkt proportional der linearen Horizontalabweichung s des Objekts von der Sichtlinie 2, ausgedrückt in Längeneinheiten.

Fig. k ist ein Blockbild einer geeigneten Auswertungsanordnung 8 für das Ausgangssignal der Fotozelle 7 zur Bestimmung der Zeitdifferenzzit . Diese Auswertungseinriehtung enthält einen Gleichstromspannungsintegrator 3i» dessen Eingangsklemmen entweder eine positive Spannung oder eine gleichgroße negative Spannung von einer Spannungsquelle 3k durch zwei UND-Gates 32 und 33 zugeführt wird.

Die Ausgang spannung des Integrators 31 kann durch einen elektronischen Schalter 35 einer Halte- oder Speicherschaltung 36 zugeführt werden, die mit geeigneten Instrumenten zur Anzeige des vom Integrator 31 zugeführten und darin gespeicherten Spannungswerts ausgerüstet sein kann.

109813/0275 "bad original

- 2k -

Stattdessen kann die gespeicherte Spannung von der Speicherschaltung 36 einem automatischen Lenk— oder Steuersystem zur Lenkung des Objekts abhängig von seiner Aziuiutabweichung von der Sichtlinie zugeführt werden. Das Signal, das dem elektronischen Schalter zugeführt wird, damit er schließt und der Spannungswert des Integrators 31 der Speicherschaltung 36 weitergeleitet wird, nrird auch dem Integrator

31 für die Rückstellung des Integrators auf den Anfangs— zustand oder Nullwert zugeführt. Die beiden UND-Gates

32 und 33 werden von einer binären Schaltung 37 gesteuert, die ihrerseits von dem Ausgangssignal der Fotozelle 7 gesteuert ist und so angeordnet ist, daß sie den 1—Zustand einnimmt und ein Signal an ihrem !-Ausgang erzeugt, wenn sie ein Signal von der Fotozelle empfängt, d.h., wenn die Fotozelle beleuchtet ist, aber den Null— zustand einnimmt und au ihrem O-Ausgang ein Signal erzeugt, wenn von der Fotozelle kein Signal empfangen wird, d.h., wenn die Fotozelle nicht beleuchtet ist. Wie die Kurve K3I in Fig. 3 zeigt, wird dem Integrator 31 eine positive Eingangsspannung zugeführt während des Zeitintervalle tj-fcy, während dem Integrator eine negative i, in an;4sSpannung während des Ze it Intervalls t_o—1_? züge— führt wird. Der Integrator 3I wird rüokgestellt, wenn (lio integrierte AuägungHspunmiug an die Speicherschaltung }(> woitorkeleitet wird, d.h. in dem Augenblidc, wenn die Grenzlinie Rl die Fotozelle 7 passiert, also in den Zeitpunkten t^ und t.,, indem die vordere Kante des Ausgangs-Mi"nalii d(;y l-Aus^angs der IJinarschal timg 37 in einem Di i't et fijiziorkrois 'JH di fforonzlert wird und dom Integrator Ή

109813/0275 bad

für dessen Itückstellung und dem elektronischen Schalter für dessen Schließung zugeführt wird. Der Spannungswert, der von dem Integrator 3i nach einem Nutationszyklus der Speicherschaltung 36 zugeführt wird, entspricht folglich der GrößeAt (vgl. Gleichung 5) und repräsentiert somit

die Azimutabweichung des Objekts von der Sichtlinie. Es ist also nur ein Nutationszyklus zur Erlangung eines Werts für die Azimutabweichung des Objekts erforderlich und für jeden neuen Nutationszyklus wird ein neuer fe Wert für die Azimutabweichung des Objekts geliefert.

Wie oben erwähnt, wird die zweite Fotozelle 9 nicht für die Bestimmung der Abweichung des Objekts von der Sichtlinie sondern nur für die Bestimmung der Entfernung L des Objekts vom Bezugspunkt 3 benutzt, wenn diese Entfernung unbekannt ist. Das Ausgangssignal der zweiten Fotozelle 9 verändert sich während einer Nutationsperiode gemäß Kurve K9 in Fig. 3. Beleuchtet ist die Fotozelle von Zeitpunkt t₂ bis zinn Zeitpunkt t_r und unbeLeuchtet von dem letzterwähnten Zeitpunkt bis

zum Zeitpunkt t, des folgenden Nutationszyklus, Die Zeitpunkte t, , t_r> t,- können in derselben Weise abgeleitet werden wie die Zeitpunkte t., t„ und t„. Bei der Kurve K9 sind die Lagen der Impulskanttm in der gleichen Weise bezeichnet wie bei der Kurve K7. Erfindung s ge muß wird während eines NutatlonszylcLus die) Zeitdifferenz zwischen den Augenblicken ermittelt, Ln welchen ulo ttrtmzLLnie ItL bzw. die Ιτγοιγ/. Linie 112 dos· Musters flLo Fotozellen 7 und ') überstreichen, d.h. die Längen dor Zo 11 LntervaL Lo t. bis t, und t_r bis t₍₎ und l-, bis t- 0L0, DLo Kurvt; K39 in Fig. 3 zei^t diese _ _v

109813/0275 BAD original

Zeitintervalle. Jedes dieser Intervalle hat die Länge

f (9)

Wenn Gleichung (7) in der obigen Gleichung (9) verwendet wird j erhält man

das ist die Länge des Zeitintervalls£± t,, die proportional dem Kehrwert der Entfernung L des Objekts zum Bezugspunkt ist, wenn der Nutationswinkelψ konstant gehalten wird.

Fig. 5 ist ein Blockbild, einer Auswertungseinheit zur Bestimmung der Azimutabweieliung s des Objekts und der Entfernung L des Objekts von dem Bezugspunkt bei einer Anordnung gemäß Fig. 2. Die Auswertungseinheit der Fig. 5 entspricht vollständig der nach Fig. 4, die oben beschrieben wurde, soweit die Ermittlung der Azimutabweichung des Objekts betroffen ist. Jedoch ist in diesem Falle die Spannungsquelle 3^ keine Konstantspannungsquelle sondern eine Quelle variabler Spannung, deren Größe abhängig von einem Steuersignal, das der SpannungsquelIe zugeführt ist, veränderbar ist. Dies ermöglicht, wie im folgenden beschrieben wird, dass von dem Integrator 31 ein Wert für die lineare Azimutabweichung des Objekts ausgedrückt in Längeneinheiten erhalten wird, auch wenn der Nutationswinkel ^ konstant gehalten wird. Zusätzlich zu den Komponenten und Einr—ichtungen, die schon in der Auswertungseinheit nach Fig. k gemäß obiger Beschreibung enthalten sind, enthält die Auswertungseinheit nach Fig. einen zusätzlichen Integrator 39, dem die positive Spannung

109813/0276

von der variablen Spannungsquelle 34 über ein UND~Gate 40 zugeführt werden kann. Dies UND-Gate wird von einem ODER-Gate 41 gesteuert, dessen Eingänge mit dem 1-Ausgang der Binär— schaltung 37 und dem 1—Ausgang einer Binärschaltung 42 verbunden sind, die von dem Ausgangssignal der Fotozelle 9 in der Weise gesteuert ist, daß sie den l—Zustand einnimmt und ein Signal an ihrem 1—Ausgang erzeugt, wenn ein Signal von der Fotozelle 9 eingeht, d.h. wenn die Fotozelle 9 beleuchtet ist. Die positive Spannung V von der gesteuerten

V Spannungsquelle 34 wird dem Integrator 39 folglich während der von der Kurve K39 in Fig. 3 bezeichneten Intervalle zugeführt. Am Ende jedes solchen Intervalls wird der Spannungswert des Integrators 39 durch einen elektronischen Schalter 43 an eine Vergleichsschaltung 44 weitergeleitet; gleichzeitig wird der Integrator 39 rückgestellt. Die Rückstellung des Integrators 39 und das zeitweise Schließen des elektronischen Schalters 43 wird durch ein Signal von dem Differenzierkreis 45 ausgelöst, der die Hinter-

k kante des Impulses des ODER-Gates 41 differenziert.

In der Vergleichsschaltung 44 wird der von dem Integrator erhaltene Spannungswert mit einer Konstantspannung V, verglichen, und jede etwa vorhandene Differenz zwischen diesen Spannungen verursacht ein Steuersignal, das von der Vergleichsschaltung 44 zu der gesteuerten Spannungsquelle 34 geführt wird, so daß deren Ausgangsspannung in einer solchen Richtung geändert wird, daß die Differenz vermindert wird. Die der Vergleichsschaltung 44 von dem Integrator 39 zugeführte Spannung hat offensichtlich den ¥ert:

~/. .·.:,■ - - „ 28 - ^SAD OEiGiNAL

109813/027S

In der Vergleichsschaltung 44 wird diese Spannung mit der Konstantspannung V_fc verglichen, und die Spannung V_ffl der Spannungsquelle 34 wird verändert, bis der folgenden Bedingung gentigt wird:

V_1n-Ic₁. *_.- V_lc = 0 (12)

Dies ist dann der Fall, wenn

^Vm H

worin k„ konstant ist

^Li ·

Die Versorgungsspannung V wird folglich direkt proportional der Entfernung L des Objekts 1 von dem Bezugspunkt 3 und kann einem Instrument 46 zur Anzeige dieser Distanz zugeleitet werden. Da dieselbe Versorgungsspannung V für den die Azimutabweiohung feststellenden Integrator'31 verwendet wird, ist die Ausgangθspannung, die von dem Integrator 31 der Speicherschaltung 36 (vgl. Gleichung 8) zugeführt wird:

At_s . V_1n = -4Ic₁Jr.! J

— S

(15)

- 29 -

BAD ORlQIMAL

109813/027

d.h., daß die lineare Azimutabweiehung s des Objekts von der Sihtlinie direkt in Längeneinheiten ausgedrückt wird. Selbstverständlich kann ein ähnliches System zur Bestimmung der Vertikalabweichung des Objekts von der Sichtlinie verwendet werden, in welchem Falle jedoch die Grenzlinien oder Richtungen Rl und R2 des Musters horizontal liegen müssen und die Fotozellen 7 und 9 vertikal übereinanderliegen müssen, wenn auch die Entfernung des Objekts bestimmt werden soll.

™ Weiterhin ist es mit einer Anordnung gemäß der Erfindung offensichtlich möglich, sowohl die Asärnut— abweichung als auch die Höhenabweichung des Objekts zu bestimmen, wenn ein Muster verwendet wird, das zwei radiale, vom Zentrum des Musters ausgehende Richtungen neben zwei horizontalen Richtungen definiert oder anzeigt. Fig. 6 veranschaulicht in derselben Weise wie Fig. 2 ein solches Muster, das für die Bestimmung der Objektabweichung von der Sichtlinie gleichzeitig in Azimutrichtung und in

fe Ilöhenrichtung verwendet werden kann. Es werden dieselben Bezugsziffern benutzt wie in Fig. 2. Es sei angenommen, daß die Fotozelle 7 des Objekts eine lineare Azimutabweichung s und eine lineare Höhenabweichung h von der Sichtlinie besitzt. Die zweite Fotozelle 9 ist unmittelbar oberhalb der Fotozelle 7 in einer Entfernung d davon angebracht. Das benutzte Muster besteht aus drei heilen Sektoren kl, k8 und 49, die durch dunkle Sektoren (schraffiert) getrennt sind. Der helle Sektor h7 hat einen Zeiitruniswinkei von 90° und eine seiner Grenzlinien verläuft vertikal,

-30- 109813/0275

so daß er die vertikale, nach oben sich erstreckende Richtung Ri des Musters definiert oder andeutet, während die andere Grenzlinie des Sektors eine Horizontalrichtung R4 definiert oder andeutet, die vom Zentrum 31 des Musters nach rechts weist. Die anderen Sektoren 48 und 49 sind schmaler und so angeordnet, daß die eine Grenzlinie des Sektors 49 die vertikale, vom Zentrum 31 des Musters nach unten weisende Richtung R2 definiert, während die eine Grenzlinie des anderen Sektors 48 eine Horizontalrichtung R3 definiert, die sich vom Zentrum 31 des Musters nach links erstreckt. Die beiden verbleibenden Grenzlinien der schmalen, hellen Sektoren 48 und 49 haben keine Punktion in der Arbeitsweise des Systems. Die Lage dieser letzterwähnten Grenzlinien ist somit von geringerer Bedeutung. Die Sektoren 48 und sollten so schmal als möglich sein, da auf diese Weise der Gesamtaufwand an ausgesandtem Licht gering ist und gleichzeitig die Lichtstreuung an Staub und Flüssigkeiten teilchen in der Luft vermindert wird. Jedoch sollen die Sektoren nicht so schmal sein, daß sie von den Fotozellen nicht mehr festgestellt werden können.

Die Ausgangsspannung der Fotozelle 7 variiert gemäß Kurve K7 der Fig. 7» wobei t^ der Augenblick ist, in welchem die Grenzlinie Rl die Fotozelle 7 passiert, tg der Augenblick ist, in welchem die Grenzlinie R3 die Fotozelle passiert, t„ der Augenblick ist, in welchem die Grenzlinie R2 die Fotozelle passiert, t. der Augenblick ist, in welchem die Grenzlinie R4 die Fotozelle passiert und tj~ der Augenblick ist, in welchem die Grenzlinie Rl die Fotozelle wieder passiert. Diese Augenblicke haben die

109813/0275

- 31 - -

bei der Kurre K7 in Fig. 7 bezeichnete Lage, was in derselben Weise gezeigt werden kann, wie es oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde.

Erfindungsgemäß wird die Differenz zwischen den Zeitintervallen t. bis t„ und t, bis t- bestimmt, d.h.

_At_s « (t₃ - t_±). - (t₅ - t₃). = -4k_± . - (16)

Die Zeitdifferenz ^ t ist folglich proportional der Azimutabweichung des Objekts von der Sichtlinie, ausgedrückt in dem vom Bezugspunkt 3 gesehenen Abweichungswinkel .

Weiterhin Wird die Zeitdifferenz zwischen den Zeitintervallen t„ bis t. und von t. bis zu dem im folgenden Nutationszyklus dem Augenblick t„ entsprechenden Augenblick bestimmt, das ist die Differenz:

t t ) - -4k - ¹^" il7)

Diese ZeitdifferenzΔ*», ^ist folglich proportional der Höhenabweichung h des Objekts von der Sichtlinie 2, ausgedrückt in dem vom Bezugspunkt 3 gesehenen Abweichungswinkel.

BAD ORIGINAL

10 9813/0275

Das Ausgangssignal der zweiten Fotozelle 9 hat die Form der Kurve K9 gemäß Fig. 7, wobei die vorderen und hinteren Impulskanten die zeitlichen Lagen t^, t^, t_, t_ und thaben, die bei der Kurve K9 verzeichnet sind. Der Augenblick t^ ist derjenige, in welchem die Grenzlinie R3 des Musters die Fotozelle 9 passiert, während im Augenblick t„ die andere horizontale Grenzlinie Rh des Musters die Fotozelle passiert. Erfindungsgemäß wird das Zeitintervall zwischen den Augenblicken t„ und tg bestimmt, in denen die Grenzlinie R3 die Fotozellen 7 und 9 jeweils passiert und weiterhin das Zeitintervall zwischen den Augenblicken t. und t_?, in denen die andere horizontale Grenzlinie Rk die beiden Fotozellen 7 und 9 passiert. Jedes dieser Zeitintervalle hat den Wert

Ot₁₁-I₁.. d-k, .ff (18) ' '·'·-■

d.h., daß die Zeitdifferenz ^t, umgekehrt proportional"im

Abstand L des Objekts vom Bezugspunkt ist. *

■»

Wenn eine Auswertungseinheit, die ron den Ausgängen - -ä

Signalen der Fotozellen 7 und 9 gesteuert ist, in der Lage sein soll, die obigen Zeitdifferenzen zu bestimmen, die die Azimutabweichung s, die Höhenabweiohung h und die Entfernung L zum Bezugspunkt repräsentieren, muß sie feststellen können, von weloher der Grenzlinien Ri bis Rk dos Musters eine jeweilige Impulskante stammt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Auswertungseinheit während jedes Nu tationszyklus die'Zahl der Impulskanten zählt,

- 33 -

109813/0275

die nach einem bestimmten Startpunkt in den Nutationszyklus* empfangen werden. Dazu muß aber die Auswertungseinheit fähig sein, einen bestimmten Startpunkt für jeden Nutationszyklus festzustellen. Dies ist gemäß der Erfindung dadurch möglich, daß das Muster in Bezug auf sein Zentrum rotationsunsymmetrisch ist. Das in Fig. 6 veranschaulichte Muster ist insofern in Bezug auf sein Zentrum 3i rotationsunsymmetrisch, daß der helle Sektor 47 erheblich breiter ist als die hellen Sektoren 48 und 49. Polglich erzeugt der helle Sektor 47 einen erheblich längeren Impuls im Ausgangssignal der Fotozelle 7 als die beiden schmalen Sektoren 48 und 49. Durch Messung der Länge der Impulse im Ausgangssignal der Fotozelle 7 kann die Auswertungseinheit feststellen, wann der längere Impuls von dem - größeren Sektor 47 erscheint und somit bestimmen, daß ' beispielsweise das Ende dieses längeren Impulses, d.h.,

der Augenblick t., den Startpunkt des Nutationszyklus ' darstellt, von dem an die Auswertungseinheit danach

die Zahl der festgestellten Impulskanten zählt. * Bs versteht sioh, daß auf das Muster nach Fig. 2, das vorher diskutiert wurde, um sein Zentrum 31 unsymmetrisch ist.

Fig. 8 ist das Blockbild einer Auswertungseinheit, die in Verbindung mit dem Muster gemäß Fig, b benutzt werden kann. Diese Auswertungseinheit hat im Prinzip denselben Aufbau wie die vorher beschriebene Auswertungs— einheit nach Fig. 5 mit der Ausnahme, daß die Auswertungseinheit gemaäß Fig. 8 so aufgebaut ist, daß sie die Azimut— abweiohung und die Höhenabwelohung de» Objekts feststellen

109813/4)275

BAD ORIGINAL - 34 -

kann und daß die Zeitmeßeinrichtungen aus Impulszähler« anstelle von Spannungsintegratoren bestehen.

Die ?uswertungseinheit nach Fig. 8 umfaßt einen ersten Impulszähler. 50 ζην Bestimmung der Azimutabweichung, einen zweiten Impulszähler 51 zur Bestimmung der Höhenabweichung und einen dritten Impulszähler 5$ zur Bestimmung der Entfernung zwischen dem Objekt und dem Bezugspunkt, Die beiden Impulszähler 50 und 51 sind von einem Typ» der sowohl nach oben als auch nach unten zählen kann} jeder Zähler hat einen ersten Eingang (+) für Impulse, die aufwärts gezählt werden, und einen zweiten Eingang (-) für Impulse, die noch unten ■ gezählt werden. Der Impulszähler 59 kann jedoch nur aufwärts zählen. Dem Zähler 50 werden Impulse zum Aufwärts— bzw. ßbwärtszählen von einem Impulsgenerator 55 mit variabler Impulsfrequenz über zwei TTND-gates 53 und- 5h zugeführt. Jn der gleichen Weise werden Impulse von dem Impulsgenerator 55, dem Zähler 51 zum Aufwärts- bzw. *bwärtszählen über zwei TITtfD-gates 56 und 5? zugeführt. Impulse von dem Generator 55 können dem Zähler 5? zum Aufwärtszählen über ein "HND-gate 58 zugeführt werden. Di e gates 53» 5^»56 ¹³nd 57 werden gesteuert durch Signale eines zyklischen Zählers 59« der von den /usgangssignalen der Fotozelle 7 gesteuert ist und der bis SFCH¹S zählen kann und danach auf EIÜTS zurückkehrt. Das i^usgangssignal der Fotozelle 7 wird einer Binärochaltiinp-60 zugeführt, die den 1-Zustand einnimmt und ein Rio· η al am i-fiusp-an/y erzeugt,r-wenn sie ein Eingangs sign el

109813/0275

BAD ORIGINAL

von der Fotozelle 7 erhält, d.h. wenn die Fotozelle beleuchtet ist, während sie ihren O-Zustand einnimmt und ein Signal an ihrem O-J&usgang erzeugt, wenn kein Signal von der Fotozelle eingeht, d.h. wenn die Fotozelle nicht beleuchtet ist. Die Ausgänge der Binärschalttxng 60 sind in entsprechender Wei se mit Differenzierkreisen 61 und 62 verbunden, die die Vorderkante des lusgangssignals der Binärschaltune 60 differenzieren und folglich einen kurzen Impuls erzeugen, wenn die Binärschaltung 60 ihren Zustand wechselt, d.h. bei jeder Impulskante des Msgangssignals der Fotozelle 7· Die ®usgangsimpulse der Differenzierschaltungen 61 und 62 werden als Schrittimpulse (stepping pulses) dem zyklischen Zähler 59 zugeführt. Während jedes Nutationszyklus wird weiterhin ein Synchroni si enxng s signal dem zyklischen Zähler 59 zugeführt. Dieses Synchronismerungssignal stellt den Zähler auf seine 1-Stellung zurück, wenn er sich in irgendeiner anderen Stellung befinden sollte. Dies Synchroni sierungssignal wird erzeugt von einem UTiD-gate 63* das an seinem einen Eingang von den Impulsen der Differenzierschaltungen 61 und 62 gesteuert ist und an dem anderen Eingang von dem jSusgangsignal einer Impulslängendetektorschaltung 6^, der das Ausgangssignal des 1-Au.sgangs der Binär schaltung 60 zugeführt ist. Die Impulslängendetektorschaltung 6¹+ erzeugt ein Ausgang s sign al s wenn ein Impuls mit einer eine vorbestimmte Mindestlänge übersteigenden Länge am Eingang der Schaltung erscheint. Die Schaltung 6U- ist so angeordnet, daß sie nur dann ein Msgangssignal erzeugt, wenn ihr der

109813/0275

länger·=; Imp-nls im äusgangssignal der Fotozelle 7 zugeführt wird, der von dem großen hellen Sektor k-7 des Masters stammt (vgl. Kurve K7 in Fig. 7)· Folglich wird dem zyklischen Wähler 59 ein Synchronisierungssignal zum Ruckstellen des Zähler« auf seine 1-Position im Zeitpunkt t. während, jedes Wu+ationszyklus zugeführt. Danach wird der Zähler durch die von dpn "Differenzierschaltungen 61 und 62 stammenden Impulse getrieben, wodurch der Zähler seine 2-Stellung im Augenblick t₉, neine 5-Stellung im Augenblick t-., seine 6-Stellung ■jm Augenblick ti und wieder seine 1-Stellung im Augenblick t^ etc. einnimmt. Der 1-Ausgang und der 5-Äusgang des zyklischen Zählers 59 sind mit den gates 53 und Jh auf der Eingangsseite des Zählers 5° verbunden, wodurch Impulse von dem Generator ¹P^ dem Zähler ^)O zum £ufwärtszählen während der Zeitintervalle t. bis t^ zugeführt werden, während dem Zähler Impulse

zum ^bwärtszählen während des Zeit interval Is von t-, bis t^ - 3 7

t werden, wie es schematisch durch die Kurve in Fi«·. 7 an/bedeutet ist. Tm Augenblick t,. (entsprechend t^) während jedes Nutationszyklus enthält der Zähler $0 folglich ein Zählergebnis: _

A*_B · ^Pm =-^^k1 r^Pm (19)

worin F die Frequenz des Impulsgenerators ^5 ist. Dies Zähl-

ist folglich r>roportional der Azimu tab weichung s des Objekts und wird vom Zähler 50 einem Zähler 65 über einen zeitweilig geschlossenen elektronischen Schalter 66 zugeführt. Gleichzeitig wird der Zähler 50 rückgeotellt.

109813/0275

Pie Rückstellung des Zählers 50 und das Schließen-des elektronischen Schalters 66 werden bewirkt durch den Synchroni sierungsimpuls des gates 63» wobei der Synchroni sierungsimpuls im .Augenblick t. während jedes Nutationszyklus erscheint.

Pie gates 56 und 57 werden von dem 2—Ausgang bzw. dem 6-Alisgang des zyklischen Zählers 59 gesteuert, wodurch dem Zähler Impulse zum Aufwärts zählen während des Zeitintervalle t hi s ti zugeführt werden, während dem Zähler Impulse zum Abwärtszählen während des Zeitintervalls von t^ bis zu dem dem Augenblick tp entsprechenden Augenblick des folgenden Nutationszyklus zugeführt werden, wie dies durch K51 in. "Pig. 7 angedeutet j st. Im lugenblick t_? während jedes "NutationssykluR enthält somit der Zähler 51 ein Zählergebnis:

Dies Zählergebnis ist folglich proportional der Höhenabweichung h des Objekts und wird im Augenblick t„ einem Zählwerk 67 durch einen zeitweilig geschlossenen elektronischen Schalter 68 zugeführt. Gleichzeitig wird der Zähler 51 rückgestellt. Die Rückstellung des Zählers 51 und das Schließen des elektronischen Schalters 68 werden bewirkt durch ein Signal von der Differenzierschaltung 69, die die Vorderkante des Ausgangesignals des 2-Ausgangs des zyklischen Zählers 59 differenziert. Diese Vorderkante erscheint im Augenblick t₉ während jedes Nutationszyklus (vgl. Fig. 7).

- 38 - "

109813/027S

Da.s ς ate 5^ "wird von einem ODER-gate 70 gesteuert, das von den 1-Ä.usgängen der Binär schaltung 6o und der Binär schaltung 71 gesteuert wird. Die Binärschaltung 7I wird von der Fotozelle 9 in der Weise gesteuert, daß sie ihren 1-Zustand einnimmt und an ihrem 1-äusgang ein Signal erzeugt, wenn von der Fotozelle 9 ein Signal erhalten wird, d.h. wenn die Fotozelle beleuchtet ist. .Folglich werden von dem Generator 55 Impulse dem Zähler 52 während der Zeitintervalle t bis t^ und t„ bis ΐκ während jedes TTutationszyklus zugeführt, wie schemata sch durch Kurve K52 in Fig. 7'angedeutet ist. Nach jedem dieser Intervalle enthält der Zähler 5?. ein Zählergebnisr

^t₁- .F= k. . -i— . ρ (P1>

ii m ι \p τ m

Dies Zählergebnis wird in einen Vergleicher 72 durch einen zeitweilig geschlossenen elektronischen Schalter 73 überführt. Gleichzeitig wird der Zähler 52 rückgestellt. Die Rückstellung des Zählers und das Schließen des Schalters 73 werden durch ein Signal von einer Differenzierschaltung 7^· bewirkt, die die Hinterkante des Äusgangsimpulses des ODER-gates 70 differenziert. Eine feste, vorbestimmte Zahl B. wird außerdem dem Vergleieher 72 von einer Einrichtung 75 zugeführt. Der Vergleicher 72 vergleicht die ihm zugeführten beiden Zahlen und erzeugt, wenn eine Differenz zwischen beiden Zahlen vorhanden ist, ein Steuersignal für den Impulsgenerator 55· Aufgrund dieses Steuersignals wird die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 55 in solcher V/eise geändert, daß der folgenden Gleichung genügt wird:

109813/02TJT " ~ " *

Auf diese Weise wird die Frequenz F des Impulsgenerators automatisch auf dem Wert gehalten?

B. . φ

^ = STTT-¹

d.h., daß die Impulsfrequenz P des Generators 55 proportional der Entfernung L des Objekts vom Bezugspunkt ist. Das Ausgangsfe signal des Impulsgenerators 55 wird einem Impulsfrequenzmeßgerät 56 zugeführt, das die Entfernung L des Objekts vom Bezugspunkt angibt. Da das Ausgangssignal des Impulsgenerators 55 mit der Impulsfrequenz F_m auch den Zählern 50 und 51 zugeführt wird, repräsentieren auch die Zählergebnisse, die von diesen Zählern 50 und 51 in die Zählwerke 65 bzw. 67 übertragen werden, offensichtlich die lineare Abweichung in Azimut- bzw. Höhenrichtung des Objekts von der Sicht linie 2, und zwar in Längeneinheiten ausgedrückt. Wenn die Azimut- und Höhenabweichung des Objekts in Winkeleinheiten gesehen

vom Bezugspunkt 3 zu messen sind_s wird ein Impulsgenerator mit konstanter Frequenz zur Speisung der Impulszähler 50 und 51 verwendet.

Verständlicherweise kann eine Auswertungseinheit zur Analyse der Ausgangssignale der Fotozellen 7 und 9 für eine Anordnung nach Fig. 6 und 7 ebensogut aus Spannungsintegratoren in ähnlicher Weise wie die Auewertungseinheiten gemäß Fig. H und - aufgebaut sein und können auch die Aixswertungseinheiten zur

ORIGINAL

109813/0275 ^AL

Auswertung und Analyse der Ausgangssignale der Fotozellen und 9 in einer «Anordnung gemäß Pig. 2 mit Impulszählern aufgebaut sein. Selbstverständlich ist es daneben möglich, jede andere geeignete Zeitmeßeinrichtung zu verwenden.

In den oben beschriebenen Msführungsformen der Erfindung hat das Muster eine solche Geometrie, daß die verschiedenen, von dem Mittelpunkt des Musters ausgehenden Radialrichtungen durch Grenzlinien zwischen hellen und dunklen Bereichen des Musters definiert oder angegeben sind, die mit diesen Richtungen zusammenfallen. Die verschiedenen Richtungen des Musters können aber auch dadurch angezeigt oder definiert werden, daß das Muster schmale, vom Mittelpunkt des Musters ausgehende helle Sektoren umfaßt, die so angeordnet sind, daß die Mittellinien dieser Sektoren mit den vorbestimmten Richtungen des Musters zusammenfallen. In diesem Fall können die verschiedenen zu bestimmenden Zeitintervalle anstelle von den Impulsksnten im Ausgangssignal der Fotozellen von den Impulsmitten gemessen werden, die leicht durch geeignete Einrichtungen in der Auswertungseinheit festgestellt werden können, insbesondere, da die Impulse in diPBem Fall sehr kurz sind* Bei der Bestimmung der Abweiffrurui des Objekts von der Sichtlinie sowohl in Azimutais aufh Höhenri chtung ist es weiterhin nicht erforderlich, vier verschiedene Richtungen in dem Muster zu definieren oder anzudeuten, wie die Richtungen RI₁ R2,R3.R^ in dem

- bad cpjgimäi. 109813/0275

Muster nach Fig. 6, sondern es reicht vollständig aus, nur drei dieser Richtungen anzudeuten.

Pig. 9 zeigt in ähnlicher Weise wie die Fig. P und 6 ein Muster zur Bestimmung der Azimut abv/ei chung und der Höhen*- abweichung eines Objekts, wobei in diesem Muster nur drei radiale Richtungen R2,R3 und Rh ausgehend vom Mittelpunkt des Musters dxxrch.drei schmale helle Sektoren 77 »78 und ^ angedeutet sind, deren Mittellinien mit den Richtungen R?., R3 und R¹+ zusammenfallen. Die anderen in Fig. 9 verwendeten Bezugsziffern entsprechen denen, die in den Fig. 2 und 6 benutzt wurden. Auch dieses Muster ist rotationsimsymmetrisch in Bezug auf seinen Mittelpunkt 31* so daß die Au^wertiTnsseinheit die unterschiedlichen Impulse feststellen kann und den Anfangspunkt jedes Nutationszyklus feststellen kann. Dieses Muster ist insbesondere dadurch vorteilhaft, daß es durch ein Lichtbündel mit einem sehr geringen Gesamtgehalt" an Licht erzeugt werden kann.

Das Ausgangssignal der Fotozelle 7 variiert wie durch Kurve K7 in Fig. 10 veranschaulicht, worin t^ der Augenblick ist, in welchem die Richtung R3, d.h. die Mittellinie des hellen Sektors 79» die Fotozelle 7 passiert, während t_? der Augenblick ist, in welchem die Richtung R2 die Fotozelle 7 passiert und t_o der Augenblick ist, in welchem die Richtung R^ die Fotozelle 7 passiert. Diese Augenblicke haben die bei der Kurve K7 in Fig. 10 vermerkten Lagen. Wenn dieses Muster

109813/0275

verwendet wird, wird die Differenz zwischen dem Zeitintervall von t* bis t-, und dem Zeitintervall von t~ zn dem Augenblick des folgenden Nutationszyklus festgestellt, der dem Augenblick t. entspricht. Diese Zeitdifferenz hat den Wert:

h
r

Sie ist also proportional der Höhenabweichung h des Objekts.

Weiterhin wird die Differenz zwischen dem Zeitintervall t* bis tp und dem Zeitintervall t~ bis t^ festgestellt. Diese Differenz hat den Wert:

_At_s - - 2Ic₁ 1 (25) '

Sie ist also proportional der Azimutabweichung des Objekts.

Die beiden Zeitdifferenzen At, und At können mit Hilfe von

h s

Meßeinrichtungen bestimmt werden, die Spannungsintegratoren oder Impulszähler enthalten, d.h. in derselben Weise, wie es oben unter Bezugnahme auf die Pig. *f,5 "und 8 besehrieben ™

wurde. Jedoch muß derjenige Integrator oder Impulszähler, der die Äzimutabweichung des Objekts feststellt, mit einer Versorgvmgsspannung bzw. Impulsfrequenz gespeist werden,, die doppelt so groß ist wie die Versorgungsspannungtew. Impulsfrequenz, die dem Spannungsintegrator oder Impulszähler zugeführt wird, der die Höhenabweichung des Objekts feststellt.

BAD ORIGINAL

109813/0275

Das Ausgangssignal der zweiten Fotozelle 9 verhält sich gemäß Kurve K9 in Pig. 10, bei der t. der Augenblick ist, in welchem die Richtung R3 die Fotozelle 9 passiert, t^ der Augenblick ist, in welchem die Richtung R2 die Fotozelle 9 passiert nnd t, der Augenblick ist, in welchem die Richtung R^ des Musters die Fotozelle 9 passiert. Zur Bestimmung der Entfernung vom Objekt zum Bezugspunkt 3 "wird das Zeitintervall t^ bis t_? bestimmt, das ist das Zeitintervall zwischen den Augenblicken, in welchen die Richtung R2 im Master die Fotozellen 7 und 9 passiert. Dieses Zeitintervall hat den Wert?

L Ir

(2.6)

Es ist also umgekehrt i)roportional der Entfernung L vom Objekt zum Bezugspunkt, ebenso wie in den oben beschriebenen Minfiihrungsbeispielen der Erfindung. Dieses Zeitintervall kann also auch in der oben beschriebenen Weise analysiert und zur Bestimmung des Werts der Entfernung L des Objekts verwerndet werden.

109813/0275

Claims (22)

PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur Bestimmung der Abweichung eines Objekts von einer Sichtlinie, die von einem in Abstand Von dem Objekt befindlichen Bezugspunkt ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bezugspunkt (3) eine Projektorvorrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsbündels untergebracht ist, das längs dem Umfang eines Kreiskonus um die Sichtlinie (2) nutiert, jedoch nicht um seine eigene Achse rotiert, und die in einer im wesentlichen der Entfernung des Bezugspunkts von dem Objekt (1) entsprechenden Distanz ein Muster abbildet, das aus hellen und dunklen Bereichen (29, 30) besteht, welches rotationsunsymmetrisch um einen Mittelpunkt (3D ist und geometrisch derart aufgebaut ist, daß wenigstens eine erste vom Mittelxmnkt des Musters auegehende Radialrichtung (R^) und eine zweite Radialrichtung (Hp)* ^die mit der ersten Radialrichtung einen Winkel von 18O° einschließt, festgelegt sind, dafi an dem Objekt (D eine erste fotoempfindliche Einrichtung (7) angeordnet ist, die in Abhängigkeit von der Vorbeibewegung der hellen und dunklen Bereiche des Musters modulierte Auagangssignale erzeugt, und daß eine ernte Zeitmeöeinrichtung (31132,33) vorgesehen ist, die während eines Nutationszyklus die Differenz zv/i echen dem Zeitintervall von dem Augenblick (t,j), in welchem die erste Radialrichtung des Mustere an der

109813/0275

fotoempfindlichen Einrichtung vorbeigeht, bis zu dem Augenblick (to)» wenn die zweite Radialrichtung des Wusters an der fotoempfindlichen Einrichtung vorbeigeht, und dem Zeitintervall von dem letzterwähnten Augenblick bis zu dem Augenblick (t,), in welchem die erstgenannte Radialrichtung des Musters wieder an der fotoempfindlichen Zelle vorbeigeht, bestimmt und ein Ausgangssignal proportional dieser ZeitdifferensiZ) t ) erzeugt.

2. Anordnung nach Anspruch 1 zur Bestimmung der räumlichen Abweichung- des Objekts von der Sichtlinie in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustergeometrie weiterhin eine dritte und vierte Radialrichtung (R, und R.) ausgehend von dem Zentrum (31) des Musters festlegt die miteinander einen Winkel von 180 und gegenüber der ersten und zweiten Richtung (R₁,Rp) einen Winkel von 90° in dem Muster einschließen, und daß eine zweite Zeitmeßeinrichtung (51,56,57) vorhanden ist, auf die das Ausgangssignal der fotoempfindlichen Einrichtung (7) einwirkt und die während eines Nutationszyklus die Differenz zwischen dem Zeitintervall von dem Augenblick (t^) in welchem die dritte Richtung des Musters die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht, zu dem Augenblick (t.), in welchem die vierte Richtung des Musters die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht, sowie dem Zeitintervall zwischen dem

- 46 - SAD

1098 13/027 5

letzterwähnten Augenblick (t,) und dem Augenblick, in welchem die dritte Richtung des Musters wieder die fotoempfindliehe Einrichtung überstreicht, bestimmt und ein dieser Differenz (A^j₁) proportionales Aus gangs signal erzeugt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 zur Bestimmung der räumlichen Abweichung des Objekts von der Sichtlinie in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie des Musters auch eine vom Zentrum (51) des Musters ausgehende dritte Radialrichtung (R^ in Fig. 9) festlegt, die mit der ersten und der zweiten Richtung (R, und Rx in Pig. 9) des Musters jeweils einen Winkel von 90° bildet, und daß eine zweite Zeitmeßeinrichtung vorhanden ist, auf die das Ausgangssignal der fotoempfindlichen Einrichtung (7) einwirkt und die während eines Nutationszyklus die Differenz zwischen dem Zeitintervall von dem Augenblick (t-), in welchem die erste Richtung (R,) die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht, bis zu dem Augenblick (t_g), in welchem die dritte Richtung (R₂) des | Musters die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht und dem Zeitintervall von dem letzterwähnten Augenblick bis zu dem Augenblick (t^) feststellt, in welchem die zweite Richtung (R₄) des Musters die fotoempfindliche Einrichtung überstreicht, und ein dieser Differenz (At ) proportionales Ausgangssignal erzeugt.

- 47 -

1098 13/027

4» Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen (R₁, R₂, R*» R/) in dem Muster bestimmt sind durch Grenzlinien zwischen hellen und dunklen Bereichen des Musters.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen (Rp, R,, R.) in dem Muster bestimmt sind durch schmale helle Sektoren (77,78,79), die sich vom Zentrum (31) des Musters in diesen Richtungen erstrecken.

6. Anrdnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster einen hellen Bereich (29) und einen dunklen Bereich (30) umfaßt, die von einer Grenzlinie getrennt sind, die mit der ersten und der zweiten Richtung (R-, Rp) des Musters zusammenfällt. .

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster einen ersten hellen Sektor (47) mit einem Zentrumswinkel von 90° und mit der ersten und zweiten Richtung (R₁, R.) zusammenfallenden Grenzlinien und zwei wesentlich schmalere hellere Sektoren (48, 49) umfaßt, die sich in Richtung der zweiten und dritten Richtung (R₂, R,) erstrecken.

8. ' Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das

Muster drei schmale helle Sektoren (77,78,79) umfaßt, die sich in den Richtungen der ersten, zweiten und dritten Richtung (R₂, R,, R^, Mg. 9) des Musters erstrecken.

" ⁴⁸ " ⁶^D ORfGfNAL

109813/0275

9. Anordnung nach einem der. Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektorvorrichtung (4) Einrichtungen zur Änderung des ITutationswinkels Cf).umgekehrt proportional der Entfernung I zwischen dem Bezugspunkt (3) und dem Objekt (1) besitzt.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die außerdem zur Bestimmung der Entfernung (l) zwischen dem Bezugspunkt und dem Objekt geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite fotoempfindliche Einrichtung (9) auf dem Objekt (1) in Abstand (d) von der ersten fotoempfindlichen Einrichtung (7) derart angeordnet ist, daß die Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten fotoempfindl^chen Einrichtung senkrecht zu einer der Richtungen (R₁, R₂, R~ oder R,) des Musters steht und daß eine zusätzliche Zeitmeßeinrichtung (39» 40) vorhanden ist, auf die die Ausgangssignale der ersten und der zweiten fotoempfindlichen Einrichtung einwirken und die während eines Nutationszyklus die Zeitdifferenz zwischen den Augenblicken (t.j und t.. bzw. t„ und t,-) _v in welchen diese Richtung des Musters an der ersten und an der zweiten fotoempfindlichen Einrichtung vorbeistreicht, bestimmt und ein dieser Zeitdifferenz (A^I) umgekehrt proporionales Ausgangesignal erzeugt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs signal der zusätzlichen Zeitmeßeinri'ehtung der ersten und der zweiten Zeitmeßeinrlohtung in entsprechender Weise zugeführt ist und daß die erste bzw. die zweite Zeitmeßeinrlohtung so eingerichtet sind, daß sie ein Auegangesignal erzeugen, dae

109813/0275 ^ __«

- 49 - ■ . " BAD CTJG!^-

proportional dem Produkt aus der von der ersten bzw. der zweiten Zeitmeßeinrichtung bestimmten Zeitdifferenz (At bzw.Δ t_n) und dem Ausgangssignal der zusätzlichen Zeitmeßeinrichtung ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zeitmeßeinrichtung bzw. die zweite Zeitmeßeinrichtung einen Spannungsintegrator (31) und vom Ausgangssignal der ersten fotoempfindlichen Einrichtung (7) gesteuerte Schalteinrichtungen (32,33) enthalten zum Anschluß einer positiven Spannung an den Integrator während eines von denjenigen Zeitintervallen, zwischen denen die Zeitmeßeinrichtung jeweils die Differenz zu bestimmen hat, und zum Anschluß einer gleichgroßen negativen Spannung an den Integrator während des anderen dieser Zeitintervalle.

13. Anordnung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Zeitmeßeinrichtung einen Spannungsintegrator (39) und von den Ausgangssignalen der ersten und zweiten fotoempfindlichen Einrichtung (7, 9) gesteuerte Sehalteinrichtungen (40, 41) enthält zum Anschluß einer von einer variablen Spannungsquelle (34) stammenden Spannung an den Integrator (39) während derjenigen Zeitintervalle, deren Länge die zusätzliche Zeitmeßeinrichtung zu bestimmen hat, und daß weiterhin Einrichtungen (44) vorgesehen sind zum Vergleich der Ausgangsspannung des Integrators am Ende jedes

- 50 -

10 9 8 13/0275 bad original

solchen Zeitintervalls mit einer konstanten Bezugsspannung V, und zur Steuerung der Spannungsquelle (34) in der Weise, daß der Wert der Ausgangsspannung des Integrators gleichgemacht wird dem Wert der Bezugsspannung, wobei die den Spannungsintegratoren (31) in der ersten bzw. zweiten Zeitmeßeinrichtung zugeführtenSpannungen von der variablen Spannungsauelle (34) abgeleitet sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch'gekennzeichnet, daß die erste bzw. die zweite Zeitmeßeinrichtung einen " Impulszähler (51) enthalten, der einen ersten Impulseingang zum Aufwärtszählen und einen zweiten Impulseingang zum Abwärtszählen besitzt, und daß Schalteinrichtungen (53»54) vorhanden sind, die auf das Ausgangssignal der ersten fotoempfindlichen Einrichtung (7) in der Weise ansprechen, daß eine Impulsfolge vorbestimmter Impulsfrequenz dem ersten Eingang des Zählers während des einen dieser Zeitintervalle zugeführt wird, zwischen denen die Zeitmeßeinrichtung die Differenz zu bestimm-en hat, und daß diese Impulsfolge dem zweiten | Eingang der Zähleinrichtung während des anderen dieser Zeitintervalle zugeführt wird.

15. Anordnung nach Anspruch 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Zeitmeßeinrichtung einen Impulszähler (52) und eine Schalteinrichtung (70, 58) enthält, die auf die Ausgangssignale der ersten und zweiten fotoempfindlichen Einrichtung (7, 9) derart ansprechen, daß eine Impulsfolge eines Impulsgenerators (55) variabler Frequenz dem Zähler

109813/0275 , __ _ ,

_K1 " BAD ORIGINAL

während des Zeitintervalls zugeführt wird, dessen länge von der zusätzlichen Zeitmeßeinrichtung zu bestimmen ist, und daß Einrichtungen (72) vorgesehen sind zum Vergleich des Zählergebnisses des Zählers (52) am Ende jedes solchen Zeitintervalls mit einer festgelegten Bezugszahl und zur Steuerung der Frequenz des Impulsgenerators (55) in der Weise, daß das Zählergebnis des Zählers und die Bezugszahl gleich werden, wobei die dem Impulszähler (50) bzw. (51) in der ersten bzw. zweiten Zeitmeßeinrichtung zugeführte P Impulsfolge von dem Impulsgenerator (55) abgeleitet ist.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektorvorrichtung (44) einen stationären Schirm mit hellen und dunklen Bereichen entsprechend den hellen und dunklen Bereichen des Musters, ein Objektiv (12) zum Abbilden des Schirms in einer wesentlichen Entfernung von der Projektorvorrichtung und eine Prismenanordnung (15) zwischen dem Schirm und dem Objektiv umfaßt, die um die optische Achse (14) des Objekts drehbar " ist und zwei zueinander parallele, axial voneinander entfernte Brechflächen aufweist, die einen spitzen Winkel mit der optischen Achse einschließen.

17'. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Entfernung zwischen den Brechflächen der Prismenanordnung (15) veränderbar ist.

■ · - 52 - BAD ORiGIHAL

109813/0275

162335/,

18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Brechflächen und der optischen Achse 14 veränderbar ist.

19. Anordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenanordnung (15) zwei identische Dreiecksprismen (16, 17) umfaßt, die in der Richtung der optischen Achse in einer Entfernung hintereinander angeordnet sind, die veränderbar ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenanordnung (15) aus einem ebenen Parallelprisma (16) besteht, das um eine Achse schwenkbar ist, die senkrecht zur optischen Achse (14) und parallel zu den Brechflachen des Prismas steht.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (13) aus einer Scheibe mit transparen ten und opaken Bereichen besteht und eine Iioht<iu®lle (10) und ein Kondensor (11) zur Beleuchtung der Schirmscheibe von der dem Objektiv (12) entgegengesetzten Seite vorgesehen sind und daß eine weitere Priemenanordnung (15a) ähnlich der erstgenannten Prismenanordnung (15) zwischen dem Kondensor und der Schirmscheibe vorgesehen iat.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse eine variable Brennweite besitzt.

- 53 10 981 3 /027 B - ' SAD

Leers ei te