DE2160877A1 - Einrichtung zum messen der relativen bewegung eines objektes - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Messen der relativen Bewegung eines Objektes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der relativen Bewegung eines Objektes nach zwei gegebenenfalls zusammenfallenden Koordinatenrichtungen oder des Bildschärfegrades eines Bildes, bei der zur Erzeugung von Gegentaktsignalen in einer Bildebene als Korrelationsgitter ein Prismen- oder Pyramidenraster vorgesehen ist.
• Es ist bekannt, Bewegungen eines reellen Bildes eines Objektes dadurch zu mesaen, daß man in die Bildebene ein Gitter bringt, den dieses Gitter durchdringenden Lichtfluß auf einen Fotoempfänger sammelt und die Frequenz einer Wechselkomponente des Fotostromes bestimmt, die durch das wechselnde Zusammenwirken des Bildes mit der Gitterstruktur entsteht. Die AnwandungsmUglichkeiten solcher Einrichtungen sind infolge des schlechten Signal-Rauschabstandes sehr beschränkt. Diesem Mangel konnte ein Verfahren der obengenannten Art dadurch abhelfen, daß es als Gitter periodische Anordnungen ebener Flächen in prismatischer oder pyramidenfUrmiger Art vorsieht, ao daß der vom Objekt her kommende Lichtfluß in- verschiedenen Richtungen auf verschiedene Fotoempfänger gesammelt wird.
• Durch diese Strahlaufspaltung ist es mbglicht aus den Ausgangisignalen der Fotoempfänger Gegentattsignale mit erhöhter Signalqualität zu gewinnen, aus deren Frequenz die Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt wird. Diesem Verfahren haftet dagegen der Nachteil an, daß es beztLglich des Vorzeichens der Bewegungsrichtung zweideutige Signale liefert. Das Vorzeichen der Bewegung ist aber in vielen praktischen Fällen wichtig, besonders wenn es darauf ankommt, Zielsysteme mit Servoeinrichtungen den Meßobjekten nachzuführen.
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung der obengenannten Art anzugeben, die vorzeichenrichtige Signale liefert.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Abbildungsstrahlengang vor der Abbildungsebene ein doppelbrechendes Bauelement so eingefügt ist, daß die Bildaufspaltung in Richtung der Diagonalen zwischen zwei Meßkoordinatenrichtungen (die auch in eine einzige zusammenfallen können) stattfindet. Die Bildaufspaltung in der Gitterebene beträgt vorzugsweise oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon, wobei P die Periodenlänge der Rasterstruktur bezeichnet. Dem Gitterraster sind mit Vorteil über vier polarisierende Teiler vier fotoelektrische Empfängerpaare so nachgeordnet, daß sie die abgelenkten Lichtbündel empfangen. Aus den sic in ihrer Phasenlage um 900 unterscheidenden Gegentaktsignalen zweier einander gegenüberliegender Fotoempfängerpaare werden dann Größe und Vorzeichen einer Bewegung des zu messenden Objektes in der betreffenden Koordinatenrichtung gewonnen.
• Die neue Einrichtung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung der neuen Einrichtung, Fig. 2 eine Skizze zur Erklärung der Bildaufspaltung.
• Beim in Fig.1 Dargestellten wird das zu messende Objekt 1 über ein Objektiv 2 in eine Bildebene 42 abgebildet9 in welcher sich ein Pyramidenraster 4 befindet, das auf einer Feldlinse 5 aufgebracht ist. Zwischen dem Objektiv 2 und der Bildebene 4' ist ein Wollaston-Prisma 3 als physikalischer Strahlenteiler angeordnet. Der Feldlinse 5 sind vier fotoelektrische Empfängergruppen nachgeschaltet, welche aus den Kondensoren 14-17, diesen nachgeschalteten polarisierenden Teilern 10-13 sowie den fotoelektrischen Empfängern 6-9 und 6-9' bestehen. Die Orientierung des Wollaston-Prismas 3 sowie der polarisierenden Teiler 10-13 ist so gewählt, daß die Aufspaltriohtung des Wollaston-Prismas mit der Winkelhalbierenden zwischen den durch die Pyramiden des Rasters bestimmten Koordinatenrichtungen übereinstimmt. Die zur Auswertung der anfallenden Signale notwendige Elektronik ist an sich bekannt und daher hier nicht mehr mit dargestellt.
• Zur Funktionsweise se4iachfolgend ein einzelner beleuchteter Objektpunkt betrachtet, wie dies in Fig.2 dargestellt ist. Ein von diesem Objektpunkt herrührendes, durch Doppelbrechung entstandenes Bildpunktpaar 20, 20' befindet sich in der Ebene 4t des Pyramidenrasters 4. Zur Vereinfachung sei nun angenommen, daß die Pyramiden quadratisch sind und eine Seitenlänge P aufweisen. Es wird nur ein Ausschnitt des Gitters betrachtet, welcher vier Pyramiden 21-24 aufweist. Der Abstand der Bildpunkte ist gleich dem vierten Teil der Grundflächendiagonalen der Pyramiden und sie haben komplementäre Lichtpolarisation. In der dargestellten Lage möge das Licht des Punktes 20 den Empfänger 8 treffen, das Licht des Punktes 20t.den Empfänger 9t nach Fig.1. Wandert die Vielzahl der zu einem Objekt gehörenden Bildpunkte, wie hier für die Punkte 20, 20' dargestellt, etwa in Aufs paltungs richtung auf die Pyramide 24 zu, so fällt etwa das Licht von Punkt 20' nacheinander auf die Empfänger 9', 7Q, 6', 82 und das Licht von Punkt 20 auf die Empfänger 8 9, 7, 6. Dabei wechseln sich die Empfänger 8, 9 und 8', 9t in ihrerSignalabgabe bezüglich des Punktpaares ab. Das aus der Energie vieler Punkte zusammengesetzte Signal von 8, 9t ist von gleicher Form wie das von 8, 9, aber gegen letzteres um 900 in der Phase verschoben.
• Eilt beim eben betrachteten Richtungssinn des Bildpunktpaares 20, 20'das Signal der Empfänger 8t, 9S dem von 8, 9 um 90°voraus,so ist es bei Richungsumkehr der Bewegung umgekehrt, es eilt dann 9, 8 gegenüber 9, 8t um 900 voraus. Damit ist das Vorzeichen der Bewegung in der Aufspaltungsrichtung bestimmt. Die Größe bzw. Geachwindigkeit der Bewegung erhält man in bekannter Weise aus Wechselzahl bzw. Frequenz der Wechselsignale, die sioh aus der Bewegung einer Vielzahl von Bildpunkten ergeben.
• Die anfallenden Gegentaktsignale werden in bekannter Weise durch Differenz- bzw. Summenbildung ausgewertet.

Claims (3)

Ansprüche

1. Einrichtung zumMessen der relativen Bewegung eines Objektes nach zwei gegebenenfalls zusammenfallenden Koordinatenrichtungen oder des Bildschärfegrades eines Bildes, bei der zur Erzeugung von Gogentaktsignalen in einer Bildebene als Korrelationsgitter ein Prismen- oder Pyramidenrastor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Abbildungss trahlengang vor dem korrelierenden Gitter (4) ein physikalischer Strahlenteiler (3) eingefügt ist derart, daß die Bildaufspaltung vorzugsweise in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Mekoordinatenrichtungen erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung orthogonaler Koordinaten die Bildaufspaltung in der Gitterebene (41) vorzugsweise oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt, wobei P die Periodenlänge der Rasterstruktur (4) ist, daß dem Raster vier fotoelektrische ExpfAngergruppen (6, 6' - 9, 9' und 10-17) nachgeschaltet sind, die vorzugsweise Je aus eines Kondensor (14-17), einem an den physikalischen Strahlenteiler (3) angepaßten Teiler (10-13) sowie zwei fotoelektrischen Empfängern (6, 6' - 9, 9t) bestehen und die vom Gitter abgelenkten Lichtbündel empfangen, wobei vorzugsweise um 900 in ihrer Phasenlage gegeneinander verschobene elektrische Gogentaktsignale zur Bestimmung von Größe und Richtung der Bewegung des Neßobjektes (1) erzeugt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenazeichnet, daß als physikalischer Strahlenteiler ein polarisierendes, bildaufspaltendes Bauelement (3) vorgesehen ist.