DE2354244A1 - Vierquadrantenempfaenger - Google Patents

Description

. . P 73/5

29.10.1973 -

ELTRO GMBH, GESELLSCHAFT FÜR STR&ELMGSTECHtTIK 6900 Heidelberg, Kurpfalzring 106

Vierquadrantenempfanger

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Vierquadrantenempfänger mit einem zwischen Objektiv und Brennpunkt angeordneten Flächendetektor, bei dem ein abzubildendes Punktziel einen Kreis konstanter Intensität darstellt sowie eine logische Verknüpfung der vier Quadranten Aufschluß über die Lage des Bildpunktes in der Detektorebene erteilt.

Bei einem zur Ermittlung der Lage des Zielpunktes, bezogen auf die optische Achse des Systems, im z.B. 'Boden-Luft-Einsatz verwendeten Vierquadrantenempfänger der eingangs näher'bezeichneten Gattung stellen die in der Elevation und im Azimut erhaltenen Werte keine lineare Funktion der Auslenkung des Kreismittelpunktes dar. Es ist nun beispielsweise bekannt, nicht linear verlaufende Kurven elektronisch zu linearisieren; der hierfür erforderliche Aufwand ist jedoch unverhältnismäßig hoch. Die Aufgabe der Erfindung wird daher in der Entwicklung •einer besseren Möglichkeit der Linearisierung mit im wesentlichen vorhandenen Mitteln gesehen. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Flächendetektor eine als weiteren Meßkanal verwendbare zusätzliche Teilfläche in mittelpunktsymmetrischer Anordnung zu den vier vorhandenen. Quadranten aufweist. Herstellungsmäßig am einfachsten ist es hierbei, anstatt der "bekannten Vierteilung der Detektorfläche eine erfindungsgemäße Aufteilung der Detektorfläche vorzunehmen, und zwar dergestalt, daß ein Koordinatenkreuz und/oder die zusätzliche Teilfläche in der Oberfläche des Fläcnendetektors eingelassen werden. Durch diese Maßnahmen läßt "sich auf relativ preiswerte Weise eine "beliebig genaue optoelektronische Linearisierung erreichen.

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Vas die Anzahl der Teilflächen anbetrifft, in die die Oberfläche eines Flächendetektors untergliedert werden kann so gilt hierbei zu bedenken, daß die empfangenen und dargestellten Signale proportional der zugehörigen ausgeleuchteten Fläche sind. Je feiner die. Unterteilung "bzw. je kleiner die einzelnen Flächenelemente werden, desto schlechter fällt die Qualität der Signale aus. Dies kann im Extremfall dazu führen, daß die Signale vom Rauschen völlig überlagert und somit unbrauchbar werden. Ein in dieser Hinsicht realistischer Vorschlag mit einem ausreichenden Verhältnis von Flächenanzahl und Flächengröße zu itauschabstand sieht vor, daß die zusätzliche Teilfläche die Form eines vierzackigen Sternes aufweist, dessen Fläche von ins~ gesamt acht gleichlangen aneinandergereihten Geraden begrenzt ist, wobei an' die Stelle von Jeweils zwei einen stumpfen Winkel einschließenden Geraden eines Quadranten ein beispielsweise in Form einer Hyperbel ausgebildetes Polynom treten kann. Durch diese Maßnahmen sowie durch die vorteilhafte Weiter bildung der Erfindung dergestalt, daß die vier äußeren Extrempunkte der sternförmigen zusätzlichen Teilfläche auf Ordinate und Abszisse des Koordinatenkreuzes liegend angeordnet sind, hat man es in der Hand, die Oberfläche des Flächendetektors in fünf oder in acht Teilflächen zu untergliedern. Mit anderen Worten ergeben die vier Quadranten und die sternförmige zusätzliche Teilfläche ohne Koordinatenkreuz fünf und mit Koordinatenkreuz acht Teilflächen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sehen vor, daß die Abmessungen der sternförmigen zusätzlichen Teilfläche vom Abbildungsverhältnis, abhängig sind und ihre äußerste Ausdehnung vom Durchmesser des Flächendetektors begrenzt ist. Die gleiche vorteilhafte Linearisierung wird erreicht, wenn ein herkömmlicher Vierquadrantendetektor verwendet wird, aber

zwischen Objektiv und Detektor eine dem oben beschriebenen fünften Element äquivalente, sternförmige Blende in den Strahlengang gebracht wird. Die Größe der Abschattungsblende ist vom Abbildungsverhältnis und der Lage im Strahlengang abhängig. .

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Im folgenden werden im wesentlichen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen» Es zeigt

Fig. 1 · die schematische Darstellung eines herkömmlichen Vierquadrantenempfangers mit dem darin angedeuteten erfindungsgemäßen Detail,

Fig. 2 die Lagedarstellung des eigentlichen Detektors innerhalb des Vierquadrantenempfängers gemäß Fig. 1, "■."■

Fig. 3 die herkömmliche Unterteilung der Oberfläche

eines Flächendetektors gemäß Fig. 1 und 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4- die Unterteilung der Oberfläche eines Flächendetektors gemäß Fig. 1 und 2 in fünf bzw. acht Teilflächen in vergrößertem Maßstab und

Fig. 5 eine Variante der Unterteilung gemäß Fig. 4.

Der in Fig. 1 dargestellte Vierquadrantenempfänger 1 — auch Marked-Target-Receiver genannt — besteht, wie an sich bekannt, im wesentlichen aus einem Gehäuse 2, in dem frontseitig ein für Strahlung 3 durchlässiges Fenster 4 eingesetzt ist. Die durch dieses Fenster hindurchtretenden Strahlen gelangen über, ein Objektiv 5 auf den eigentlichen Detektor 6, der beispielsweise aus einer Silizium-Fotodiode besteht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Detektor 6 nicht in der Brennebene"18, sondern zwischen der Brennebene 18 und dem Objektiv 5 angeordnet. Die in Fig. 3 gezeichnete Oberfläche der Fotodiode ist in vier Quadranten 8 bis 11 unterteilt, von denen in der Fig. 1 nur die beiden obenliegenden Quadranten 8 und 9 sichtbar sind. In der elektronischen Auswertung 13 bis 16 wird sodann über eine logische Verknüpfung 7 die Lage des jeweiligen Bildpunktes innerhalb der Bildebene ermittelt. Mit der Bezugszahl

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ist der erfindungsgemäße fünfte Meßkanal angedeutet, der beispielsweise der Ermittlung der Entfernung dienen kann. Um fünf Meßkanäle ausnützen zu können, muß die Oberfläche der Fotodiode 6 eine fünfte in Form eines vierzackigen Sternes 12 (Fig. 4) "bzw. 12' (Fig. 5)ausgebildete Teilfläche mittelpunktsymmetrisch eingeätzt erhalten. Jetzt kann linearisiert werden. Die Abmessungen dieser fünften in der Zeichnung schraffiert dargestellten Teilfläche richten sich nach den entsprechenden Abbildungsverhältnissen. Während die sternförmige Fläche 12 gemäß Fig. 4- von acht gleichlangen, aneinandergereihten Geraden gebildet und in seiner Ausdehnung von der Größe des Lichtflecks 19 begrenzt wird, können die beiden einen stumpfen Winkel einschließenden Geraden eines jeden Quadranten "bei einem anderen, in Fig, dargestellten Ausführungsbeispiel, auch durch ein Polynom im vorliegenden Spezialfall eine Hyperbel - ersetzt werden. In beiden Fällen ergeben sich somit durch die vier Quadranten bis 11 und die sternförmige Teilfläche 12 bzw. 12' insgesamt fünf Teilflächen und bei eingraviertem Koordinatenkreuz 20 das in den Fig. 3 bis 5 strichpunktiert angedeutet ist sogar acht Teilflächen. In letzterem Fall liegen die vier äußeren Extrempunkte der sternförmigen Teilfläche 12 bzw. 12' jeweils auf den Ordinaten bzw. Abszissen des Koordinatenkreuzes 20. Durch einen in Fig. 5 durchgeführten Flächenausgleich der beiden Detektorhälften (im Beispiel 8 und 10 und 9 und 11) bezüglich des Lichtflecks 19 durch die sternförmige Teilfläche 12' und entsprechend bei den anderen Verknüpfungen erhält man eine- lineare Funktion von X, wenn mit X die Größe der Auslenkung bezeichnet wird. >

Bei einem zeichnerisch.nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, daß die zusätzliche Teilfläche in Form einer eine sternförmige Abschattung bewirkenden Blende zwischen Objektiv und Flächendetektor liegend angeordnet ist.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Vierquadrantenempfänger mit einem zwischen Objektiv und Brennpunkt angeordneten Flächendetektor, bei dem ein abzubildendes Punktziel einen Kreis konstanter Intensität darstellt sowie eine logische Verknüpfung der vier Quadranten Aufschluß über die Lage des Bildpunktes in der Detektorebene erteilt, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Flächendetektors (6) eine als weiteren Meßkanal (17) verwendbare zusätzliche Teilfläche (12 bzw. 12') in mittelpunktsymmetrischer Anordnung zu den vier vorhandenen Quadranten (8 bis 11) aufweist.
2. 2. Vierquadrantenempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne, t , daß ein Köordinatenkreuz (20) und/oder die zusätzliche Teilfläche (12 bzw. 12') in der Oberfläche des Flächendetektors (6) eingelassen sind.
3. 3. Vierquadrantenempfänger nach Anspruch 1 und 2, d a d u r ch gekennzeichnet , daß die zusätzliche Teilfläche (12) die Form eines vierzackigen Sternes aufweist, dessen Fläche von insgesamt acht gleichlangen aneinandergereihten Geraden begrenzt ist.
4. 4·. Vierquadrantenempfänger nach Anspruch 3, d a d u r c h gekennzeichnet , daß an die Stelle von jeweils zwei einen stumpfen Winkel einschließenden . ^w Geraden eines Quadranten ein Polynom (12') tritt.
5. 5. Vierquadrantenempfänger nach Anspruch 4, d a d u r c Ii · gekennzeichnet , daß das Polynom (12¹) in Form einer Hyperbel ausgebildet .ist.

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6. 6. Vierquadrantenempfänger nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die vier äußeren Extrempunkte der sternförmigen zusätzlichen !Peilfläche (12 "bzw. 12')

   ' auf Ordinate und Abszisse des Koordinatenkreuzes (20) liegend angeordnet sind.
7. 7. Vierquadrantenempfänger nach'einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet , daß die Abmessungen der sternförmigen zusätzlichen Teilfläche (12 bzw* 12') vom Abbildungsverhältnis abhängig sind und ihre äußerste Ausdehnung vom Durchmesser des Flächendetektörs (6) begrenzt ist.
8. 8. Vierquadrantenempfänger nach den Ansprüchen 1 und

   3 "bis 7*£adurch gekennzeichnet , daß die zusätzliche Teilfläche in form einer eine sternförmige Abschattung bewirkenden Blende zwischen Objektiv und Flächendetektor liegend angeordnet ist.

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