DE2202172B2

DE2202172B2 - Anordnung zum automatischen Nachführen

Info

Publication number: DE2202172B2
Application number: DE2202172A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. 6330 Wetzlar Leitz
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1972-01-18
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1981-07-02
Also published as: CH551658A; DE2202172A1; GB1389310A; FR2168425A1; IT977621B; FR2168425B1; DE2202172C3; US3806725A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Nachführen gemäß dem Oberbegriff der Anspriiehe 1 und 2.

Bei der Anwendung von optischen Beobachtungsgeräten auf sich bewegenden Fahrzeugen tritt immer wieder die Schwierigkeit auf, daß bei ungleichförmigen Bewegungen des Fahrzeuges, beispielsweise bei starkern Seegang oder böigem Wind, die Visierlinie zwischen der Pupille des optischen Gerätes und der Augenpupille des Beobachters verlorengeht bzw. sich so weit seitlich verschiebt, daß ein ordnungsgemäßes Benutzen des Gerätes nicht möglich ist Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diesem Mangel abzuhelfen. So wurde bereits vorgeschlagen, in den Strahlengang zwischen dem optischen Gerät und dem Beobachter eine Fernsehanlage einzufügen, so daß dem Beobachter stets ein großes Beobachtungsfeld zur Verfügung steht. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig aufwendig in bezug auf Kosten und Raumbedarf ist. Darüber hinaus geht bei Anwendung einer Schwarz-Weiß-Ferniehanlage wegen der fehlenden Farbe ein Teil der Information verloren. Eine andere Lösung sieht die Verwendung eines optischen Gelenkes zwischen dem optischen Gerät und seinem Okular vor derart, daß das Okular mit dem Kopf des Beobachters quasi starr verbunden ist Hierbei ist nachteilig, daß einmal die Bewegungsfreiheit des Beobachters erheblich einge-

J5 schränkt ist, zum anderen aber eine Bewegung des Beobachters in Richtung des optischen Strahlenganges zu weiteren Erschwernissen führt

Schließlich könnte man daran denken, das Okular des optischen Gerätes wiederum mit dem Kopf des Beobachters quasi starr zu koppeln und mittels eines Bildleitfaserbündels mit dem optischen Gerät zu verbinden. Abgesehen davon, daß eine solche Anordnung ein kurzfristiges Beobachten eines anderen Gerätes mit dem gleichen Auge unmöglich macht, sind die Kosten, die für ein derartiges Bildleitfasersystem aufzubringen sind, doch erheblich.

In der DE-OS 21 32 309 wird eine Vorrichtung zur Messung der Blickrichtung beschrieben. Sie besteht aus einem fotoelektrischen Kollimatoraufbau, der am Kopf des Beobachters unverrückbar befestigt ist und bei dem der bewegliche Reflektor ein auf die Hornhaut des Auges aufgesetzter Spiegel ist. Die bei einer Verfolgung eines bewegten Objektes mit einer Blickrichtungsänderung verbundene Augendrehung erzeugt ein zur Ablage von einer Sollrichtung proportionales elektrisches Signal. Mit dem Kopf des Beobachters ist eine weitere Vorrichtung verbunden, mit der die Kopfbewegung gegenüber einem raumfesten Koordinatensystem gemessen wird. Die absolute Blickrichtung ergibt sich durch vektorielle Addition der Kopflagekoordinaten und der Augenachsenkoordinaten. Ein der absoluten Blickrichtung entsprechendes elektrisches Signal kann zur Nachsteuerung eines vom Beobachter unabhängigen, auf denselben Zielpunkt ausgerichteten Gerätes

μ verwendet werden.

Dieses mit dem Kopf des Beobachters verbundene Meßgerät schränkt dessen Bewegungsfreiheit erheblich ein. Es ist darüber hinaus nur dazu geeignet, die

Veränderung der Lage eines Objektes im Raum festzustellen und ein dazu proportionales Regelsignal zu erzeugen. Die Orientierung einer dem Objekt eigenen Vorzugsrichtung im Raum relativ zur optischen Achse des Beobachterauges wird nicht festgestellt und nicht nachgeregelt.

In dem Aufsatz »Steuerung von Baumaschinen mit Laser« in LASER und angewandte Strahlentechnik, Nr. 4 (1971), S. 17 — 21, wird eine Anordnung beschrieben, bei der mit Hilfe eines Lasers eine Referenzlinie bzw. eine RefercAzebene erzeugt wird. Eine in Senderichtung des Lasers arbeitende Baumaschine ist an ihrem Arbeitswerkzeug mit einem fotoelektrischen Empfängersystem gekoppelt, das den Abstand des Werkzeugs senkrecht zur Referenzlinie bzw. zur Referenzebene anzeigt Mit Hilfe eines vom Ablagesignal gesteuerten Regelkreises wird die Arbeitstiefe der Baumaschine automatisch eingestellt Die Arbeitsrichtung der Baumaschine ist in weiten Grenzen frei.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Nachtesie der genannten bekannten Geräte vermieden sind. Insbesondere soll die neue Einrichtung mit relativ geringem Aufwand realisierbar sein, und sie soll dem Beobachter eine freie Bewegung relativ zum beobachtenden optischen Gerät erlauben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß be. einem Gerät der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Sende- nnd Empfangseinrichtung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 3.

Die neue Einrichtung ist nachfolgend beispielsweise anhand von schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Einrichtung nach dem Kollimatorprinzip,

F i g. 2 eine Einrichtung unter Verwendung eines Korrektors,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform^

In F i g. 1 trägt die Pupille eines optischen Gerätes 20 das Bezugszeichen 21. Diese Pupille soll der Augenpupille eines Beobachters 22 bei Bewegung der beiden Pupillen relativ zueinander senkrecht zu ihrer Verbindungslinie nachgeführt werden. Fest verbunden mit dem optischen Gerät 20 ist eine automatische Autokollimationseinrichtung 23, die auf einen mit dem Kopf des Beobachters 22 fest verbundenen Tripelspiegel-Reflektor 24 zielt. Die bei Verschiebung des Reflektors 24 und damit der Augenpupille des Beobachters 22 senkrecht zur Visierlinie des Autokollimators 23 an dessen Ausgang entstehenden elektrischen Ablagesignale sind einer Auswertelogik mit angeschlossener Stellvorrichtung 25 zugeführt. Letztere kann über einen Steuerarm 26 die Pupille 21 des optischen Gerätes 20 so lange verschieben, bis sie der verschobenen Augenpupille des Beobachters 22 nachgeführt ist.

Die in Fig.2 dargestellte Einrichtung nach dem

Korrelatorprinzip kann anstelle des Autokollimators 23 (Fig. 1) treten. Dabei erzeugt eine Lampe 1 einen Richtstrahl, der über einen Teiler 18 auf den Tripelspiegel-Refiektor 24 (Fig. 1) geworfen wird.

Nach Reflexion gelangt der RicKtstrahl dann über ein Wol'aston-Prisma 3 auf eine auf einem Linsenkörper 5 aufgebrachte Pyramidenrasterscheibe 4. Die Aufspaltung der polarisierten Strahlkomponenten am Prisma 3 geschieht in Richtung der Diagonalen der Grundflächen der Rasterpyramiden und beträgt in der Rasterebene

— j/2, wobei P die Seitenlänge der Grundflächen

bezeichnet Die Komponenten selbst sollen je mindestens mehrere Rasterpyramiden ganz überdecken. Die an der Rasterscheibe entstandenen Strahlkomponenten werden über Kondensoren 14, 15, 16, 17 und polarisierende Teiler 10, 11, 12, 13 auf fotoelektrische Empfängerpaare 6,6'; 7,7'; 8,8'; 9,9' gesammelt, so daß bei Strahlbewegung relativ zur Rasterscheibe 4 einander diagonal gegenüberliegende Empfängerpaare, z. B. 8,9; 8', 9', zwei gegeneinander um 90° verschobene Gegentaktsignalpaare liefern, z. B. Empfänger 8 eine 0°-Phase, Empfänger 8' eine 90°-Phase, Empfänger 9 eine 180°-Phase, Empfänger 9' eine 270°-Phase. Die Signale je zweier solcher Empfängerpaare, sind je einer Koordinatenrichtung der Bewegung zugeordnet, wobei die Richtung der 90°-Phasenverschiebung über die Bewegungsrichtung informiert Die zur Unterdrückung von Gleichanteilen in Differenz geschalteten Gegen-

jo taktsignale sind wie in der Einrichtung nach F i g. 1 zur Nachführung verwendet

Weitere Ausführungsformen sind möglich. So kann nach F i g. 3 beispielsweise mit dem pupillenbestimmenden Okular 21 (Fig. 1) des optischen Gerätes 20 eine nach Quadranten a, b, c, d unterteilte Anordnung von vier großflächigen fotoelektrischen Empfängern vorgesehen sein, die mit einem feinen Lichtstrahl beaufschlagt werden, welcher von einem am Kopf des Beobachters befestigten Lichtpunktprojektor 30 erzeugt wird. Ein nachgeordnetes Servosystem enthält zwei den Koordinatenrichtungen des Quadrantensystems von fotoelektrischen Empfängern zugeordnete Antriebsaggregate, z. B. Elektromotore 31,32, welche über eine Schaltungslogik 33 entsprechend der jeweiligen, auf den Koordina- tenschnittpunkt bezogenen Ablage des Lichtpunktes mit Energie versorgt werden und das pupillenbestimmende Okular 21 in eine solche Lage bewegen, daß der vom Markenprojektor erzeugte Lichtpunkt wieder in den Koordinatennullpunkt zu liegen kommt.

so Die vier großflächigen Empfänger a, b, c, d können auch aus Empfängergruppen aufgebaut sein. Solches ist besonders dann von Vorteil, wenn die räumliche Ausdehnung der lichtempfindlichen Anordnung relativ groß sein muß, da sich die Bemessung dieser Ausdehnung nach der Größe der auszuregelnden Relativbewegungen zwischen Beobachter und Okular in der Praxis richtet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum automatischen Nachführen der optischen Achse eines visuellen optischen Beobachtungsgerätes auf die optische Achse eines Beobachterauges bei geringem relativen Höhen- und/oder Seitenversatz zwischen diesen beiden optischen Achsen mit Hilfe eines auf das Beobachtungsgerät wirkenden Servoantriebssystems, dadurch gekennzeichnet, daß

a) außerhalb der optischen Achse des Beobachterauges am Kopf des Beobachters (22) ein in Blickrichtung ausgerichteter Reflektor (24) angebracht ist, daß

b) außerhalb der optischen Achse des Beobachtungsgerätes (20) an diesem eine entgegen der Blickrichtung des Beobachters ausgerichtete opto-elektrische Sende- und Empfangseinrichtung (23) befestigt ist, wobei

c) der Reflektor (24) und die opto-elektrische Sende- und Empfangseinrichtung (23) zusammenwirkend eine Zielvorrichtung bilden, die in bekannter Weise auf der Basis fotoelektrischer Abtastung arbeitend aus der Ablage des Bildes mindestens einer Marke von einer Sollage elektrische Ausgangssignale zur Steuerung des Servoantriebssystems (25) erzeugt, und daß ...

d) die Achse der Zielvorrichtung so festgelegt ist, daß in der Sollage die Achse des Beobachterauges und des Beobachtungsgerätes miteinander fluchten.

2. Anordnung zum automatischen Nachführen der optischen Achse eines visuellen optischen Beobachtungsgerätes auf die optische Achse eines Beobachterauges bei geringem relativen Höhen- und/oder Seitenversatz zwischen diesen beiden optischen Achsen mit Hilfe eines auf das Beobachtungsgerät wirkenden Servoantriebssystems, dadurch gekennzeichnet, daß

a) außerhalb der optischen Achse des Beobachterauges am Kopf des Beobachters (22) ein in Blickrichtung ausgerichteter Lichtmarkenprojektor (30) angebracht ist, daß

b) außerhalb der optischen Achse des Beobachtungsgerätes (20) an diesem eine entgegen der Blickrichtung des Beobachters ausgerichtete opto-elektrische Empfangseinrichtung befestigt ist, wobei

c) der Lichtmarkenprojektor (30) und die optoelektrische Empfangseinrichtung zusammenwirkend eine Zielvorrichtung bilden, die in bekannter Weise auf der Basis fotoelektrischer Abtastung arbeitend aus der Ablage des Bildes mindestens einer Marke von einer Sollage elektrische Ausgangssignale zur Steuerung des Servoantriebssystems (25) erzeugt, und daß

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangseinrichtung (23) einen eine Abbildungsoptik, ein Gitter (4) und ein diesem nachgeordnetes fotoelektrisches Empfängersystem (6, 6'; 7, T; 8, 8'; 9, 9') umfassenden bereits vorgeschlagenen optischen Korrelator enthält, welcher der Ablage einer auf das Gitter (4) abgebildeten Zielmarke entsprechende elektrische Signale zur Steuerung des Servoantriebssystems (25) erzeugt (F ig. 2).