DE2202175A1

DE2202175A1 - Verfahren zur stabilisierung einer visierlinie

Info

Publication number: DE2202175A1
Application number: DE19722202175
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl-Ing Eisenkopf; Ludwig Dr 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: 1973-08-02
Also published as: DE2202175C3; CH550430A; IT977620B; GB1415061A; DE2202175B2; FR2168424B1; FR2168424A1

Description

ERNST LEITZ GMBI

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Unser Zeichen: A I839 633 Wetzlar, den. 12|. Januar 1972, Pat Se/GG ^{Poftfodl210/2n}

Verfahren zur Stabilisierung einer Visierlinie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und einer Beobachtungsoptik, die sich relativ zueinander bewegen können.

Es ist bekannt, Vorrichtungen dadurch zu stabilisieren, daß man sich einmal mit Hilfe des Kreiselprinzips ein raumfestes Rotationsbezugssystem und mit Hilfe von Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnahmen ein raumfestes Translationsbezugssystem verschafft, Positionsabweichungen der Vorrichtungen von diesen Bezugssystemen bestimmt und durch geeignete Steuerorgane die ursprüngliche Position wiederherstellt.

Besteht eine solche Vorrichtung z.B« aus einem Beobachtungsgerät, so können Translationsbewegungen vernachlässigt werden. Man begnügt sich in diesem Fall mit einer dreiachsigen Winke!stabilisierung mit Kreiseln. Diese Prinzipien haben einmal den Nachteil, daß z.B. bei sinusförmiger Winkelbewegung des Beobachters zum Objekt der Frequenzbereich um f = ο infolge von Kreiselfehlern nur asymptotisch erreicht wird. Ein weiterer Nachteil liegt in der raumfesten Stabilisierung. Dadurch wird die Objektbewegung relativ zum Raum nicht erfaßt. In vielen praktischen Fällen ist es für eine Stabilisierung nur wichtig, daß eine bestimmte Achse, z.B. die Visierlinie eines Fernrohres, deren Lage von der zu stabilisierenden Vorrichtung bestimmt wird, d.h. vom Beobachter, immer durch das interessierende Objekt geht.

Ein weiteres Problem bei optischen Beobachtungsgeräten in Fahrzeugen, die stark wechselnden Beschleunigungen ausge-

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setzt sind, liegt für den Beobachter darin, seine Augenpupille innerhalb der Austrittspupille des optischen Systems zu halten. Man hat versucht, diese Aufgabe durch Vergrößerung der Austrittspupille, Übergang auf Projektions- oder gar Fernsehschirme zu lösen. Auch optische Gelenke sind vorgeschlagen worden. Die genannten Prinzipien haben den Nachteil, daß nur mit erheblichem Aufwand eine brauchbare Lösung zu erzielen ist. Zudem findet keine berührungslose direkte Verkopplung zwischen der veränderlichen Relativlage der Augen- und der Austrittspupille statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und einer Beobachtungsoptik zu schaffen, das ohne aufwendige Trägheitsstabilisatoren auskommt, direkt durch die Objektposition gesteuert ist und bei dem die dargelegten Nachteile bekannter Verfahren vermieden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unter Zuhilfenahme eines optischen Gitters als Korrelator elektrische Signale abgeleitet werden, beispielsweise nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 44 487.1) oder nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 63 200.8), weiche der Ablage von der Ziellinie nach Größe, Richtung und Vorzeichen entsprechen, und daß diese Signale einem Nachführsystem zugeführt werden, welches die Visierlinie so lange verschiebt, bis der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt und damit die Ablage vorzugsweise wieder zu Null geworden ist. Dabei können aus der Stellgröße des Nachführsystems Meßwerte über Größe, Richtung und/oder Geschwindigkeit der Relativbewegung abgeleitet werden. Das neue Verfahren wird mit Vorteil so angewendet, daß die Visierlinie zwischen einem Teil des Gesichtes eines Beobachters als Objekt und der Austrittspupille einer Beobachtungsoptik stabilisiert wird. ~

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Der besondere Vorteil des neuen. Verfahrens liegt in dem geringeren benötigten Aufwand zu seiner Durchführung.

Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Durchführung des neuen Verfahrens sind nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung mit Abtastung zweier Gitter zur Zwei-Koordinaten-Messung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und einer Beobachtungsoptik,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem optischen Gerät und einem Teil des Gesichtes des Beobachters dieses optischen Gerätes.

In der als Beispiel für einen Meßkopf schematisch dargestellten Einrichtung nach Fig.1 bildet ein Objektiv 1 ein nicht dargestelltes Objekt über einen polarisierenden Teiler 2 auf zwei Gitter 3¹, 3" ab. Diese Gitter sind so ausgestaltet, daß sich auf einem transparenten Träger reflektierende Marken befinden. Die die Gitter 3¹» 3^M durchdringenden Strahlungsanteile gelangen über Kondensorlinsen 23« 24 auf fotoelektrische Empfänger 27, 29· Die von den Gittermarken reflektierten Strahlungsanteile werden über den Teiler 2, einen weiteren polarisierenden Teiler 22 sowie Kondensoren 25, 26 fotoelektrischen Empfängern 28, 30 zugeführt. Wie ersichtlich, ist zwischen den Teiler 2 und die Gitter 3'» 3^M je eine jr -Platte 20, 21 eingefügt, so daß die Polarisationsverhältnisse der an den Gittern reflektierten Strahlungsanteile gegenüber den einfallenden gerade vertauscht werden. Mit dieser Anordnung erhält man in verlustarmer Weise aus den von den Gittern 3'» 3" reflektierten bzw. durchgelassenen Anteilen des Objektbildes an den Aus-

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gangen der Empfängerpaare 27» 28 und 29, 30 gleichstarke Gegentaktsignale, die den Koordinatenrichtungen zugeordnet sind. Bei fester Relativlage von Objekt und fotoelektrischen Empfängerpaaren haben die Gegentaktsignale eine Zeitfrequenz, die nur der Bewegungsgeschwindigkeit einer (vorzugsweise definierten) Bewegung der Gitter in ihren Ebenen proportional ist. Bei bewegtem Objekt dagegen erhält man Zeitfrequenzen, die je naeh Bewegungsrichtung des Objektes entweder der Summe oder der Differenz von Objekt und Gittergeschwindigkeit in den jeweiligen Koordinatenrichtungen proportional sind. Aus diesen Signalen lassen sich in bekannter Weise durch Vergleich mit nur von den Gitterbewegungen abgeleiteten Signalen, z.B. mittels phasenempfindlicher Gleichrichter als Vergleichsstufen, Größe und Richtung der Objektbewegung bestimmen.

Soll die Ortslage gemessen werden, so muß die Anzahl der durchlaufenen Perioden an den Ausgängen der Vergleichsstufen unter Berücksichtigung der ebenfalls vorhandenen Richtungsinformation gezählt werden.

In Fig.2 trägt eine zu stabilisierende Visierlinie das Bezugszeichen k. Diese Linie verbindet ein Objekt 5 mit einer Beobachtungsoptik 6. Durch einen in dieser befindlichen Teiler 7 wird aus dem Strahlengang ein Teil 8 zur Steuerung eines optischen Korrelators 9 beispielsweise nach Art der Pig.1 abgezweigt. Diesem Korrelator ist eine Auswerte-Elektronik mit angeschlossener Stellvorrichtung 11 nachgeschaltet. Letztere kann über einen Steuerarm 12 auf die Beobachtungsoptikjso lange einwirken, bis die Visierlinie wieder zwischen der Beobachtungsoptik 6 und dem Objekt 5 verläuft. Eine Einrichtung 13 dient zur Anzeige von aus der Stellgröße der Vorrichtung 11 abgeleiteten Meßwerten nach Größe, Richtung und/oder Geschwindigkeit der Relativbewegung des Objektes 5 bezüglich der Beobachtungsoptik 6.

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Die in Fig.3 schematisch dargestellte Variante dient der Stabilisierung der Visierlinie 14 zwischen einem optischen Gerät 15 und dem Auge 16 eines Beobachters. In diesem Fall ist eine mit dem Gerät 15 fest verbundene Infrarot-Strahlungsquelle 17 vorgesehen, die das Auge 16 so beleuchtet, daß es über einen Teiler 7 in einen optischen Korrelator abgebildet wird. Die Auswertung der Ausgangssignale des Korrelators 9 erfolgt hier genauso wie in der mit Fig.2 beschriebenen Einrichtung, und die Nachführung des Okulars 15' ist derart, daß dem Auge des Beobachters stets die Pupille des Gerätes 15 gegenübersteht derart, daß die Gerätepupille die Augenpupille überdeckt. Dies ist für Beobachtungen von sich bewegenden Fahrzeugen aus wichtig.

Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einfallenden Strahlengänge für das Beobachtungsgerät und für den Korrelator miteinander verflochten. Um eine Lichtschwächung für die η visuelle Beobachtung zu vermeiden, ist es dann von Vorteil, für Beobachtung und Korre lator unterschiedliche Spektralbereiche zu verwenden.

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die Anordnung auch so gewählt werden kann, daß die Beobachtungseinrichtung und die Korrelationseinrichtung mit unterschiedlichen einfallenden Lichtbündeln beaufschlagt werden, etwa dadurch, daß die Korrelationseinrichtung seitlich vom Beobachtungsobjektiv und starr mit diesem verbunden angeordnet ist.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und einer Beobachtungsoptik, die sich relativ zueinander bewegen können, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zuhilfenahme eines optischen Gitters (3'f 3") als Korrelator elektrische Signale abgeleitet werden, beispielsweise nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 44 487.1) oder nach Patent ... (Patentanmeldung P 21 63 200.8), welche der Ablage von der Ziellinie (4) nach Größe, Richtung und Vorzeichen entsprechen, und daß diese Signale einem Nachfiihrsystem (11, 12) zugeführt werden, welches die Visierlinie (4) so lange verschiebt, bis der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt und damit die Ablage vorzugsweise wieder zu Null geworden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß atis der Stellgroße des Nachführsystems Meßwerte über Größe, Richtung und/oder Geschwindigkeit der Relativbewegung abgeleitet werden.

3« Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Objekt ein Teil des Gesichtes, beispielsweise das Auge (16) eines Beobachters eines anderen, mit dem zur Durchführung des Verfahrens verwendeten stabilisierenden System (9) gekoppelten optischen Gerätes (i5)t oder eine künstlich erzeugte Markierung verwendet ist.

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