DE2359549A1

DE2359549A1 - Verfahren und vorrichtung zur ablenkung eines strahlungsbuendels

Info

Publication number: DE2359549A1
Application number: DE2359549A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Patrick
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1974-06-06
Also published as: FR2212051A5; GB1457116A; US3872299A; DE2359549C2; IT989255B; CH577176A5; BE802115A

Description

L'Etat Francais represents par Ie
Delegue Ministeriel pour l'Armement

14 rue Saint-Dominique 73997 Paris/ffraakreich

Verfahren und Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels mit einer Ablenkvorrichtung, die zwei Ablenkorgane enthält, deren gemeinsame Verstellung sich in einer Drehbewegung des Bündels um eine bestimmte Richtung äußert, welche die gemeinsame Drehachse der Ablenkorgane sein kann,und deren Verstellung in entgegengesetzten Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit sich in einer Schwenkbewegung des Bündels zu der vorbestimmten Richtung hin oder von dieser Richtung weg äußert.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Ablenkung von Lichtbündeln, wobei unter Licht sowohl sichtbare Strahlen als auch Infrarotstrahlen oder Ultraviolettstrahlen zu verstehen sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt und kann insbesondere zur Ablenkung von Höchstfrequenzstrahlungen verwendet werden, wenn entweder

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dielektrische Prismen oder geeignete Antennen verwendet werden. In der folgenden Beschreibung wird als "Ablage" die Richtung des Strahlungsbündels bezeichnet, die von den zuvor definierten Ablenkorganen in die vorbestimmte Richtung gebracht wird. ι

Es sind bereits Ablenkvorrichtungen für optische Bündel bekannt, die es ermöglichen, die Ablage des in ein Fernrohr oder e:'n anderes optisches System eintretenden Lichtbündels einzustellen. Diese Vorrichtungen enthalten zwei Prismen, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind, welche die vorbestimmte Richtung bildet, wobei die Kanten der Prismen senkrecht zu dieser Achse stehen. In diesem Fall bewirkt eine gemeinsame Drehung der beiden Prismen in der gleichen Richtung, daß die Ablage des Bündels um die gemeinsame Achse gedreht wird. Eine Drehung der beiden Priemen in entgegengesetzten Richtungen verursacht eine Winkelverstellung der Ablage zu der Achse hin oder von dieser Achse weg.

Diese Vorrichtungen sind insbesondere zur Durchführung einer dauernden Suchabtastung angewendet worden. Ihre Anwendung für die automatische Winkelverfolgung eines Ziels oder die automatische Anzeige einer Position konnte bis jetzt nicht praktisch realisiert werden, weil man hierbei auf eine Schwierigkeit gestossen ist: Die anzuzeigende Position oder die Position des Ziels ist im allgemeinen in rechtwinkligen Koordinaten gegeben, während die verfügbaren Steuerparameter die Drehwinkel der beiden Prismen sind, die mit einfachen Kombinationen nur eine Drehbewegung des Bündels um die Achse oder eine Schwenkbewegung des Bündels zu der Achse hin oder von dieser weg durchzuführen ermöglichen.

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Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die besser als die "bisher bekannten ^l Verfahren und Vorrichtungen den Anforderungen der Praxis entsprechen, indem sie es insbesondere ermöglichen, in verhältnismässig einfacher Weise ein in rechtv/inkligen Koordinaten gegebenes Ziel zu erfassen.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Ablenkung eines Strahlungsbündels, das es ermöglicht, die Ablage .des Bündels in eine Sollrichtung zu bringen, die durch ihre Koordinaten α„ und ß„ in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen, insbesondere in der Höhenrichtung und der Seitenrichtung, definiert ist, unter Verwendung von zwei. Äblenkorgarien, deren gemeinsame Verstellung eine Kreisbewegung des abgelenkten Bündels um eine vorbestimmte Richtung bewirkt, die senkrecht zu den Koordinatenrichtungen steht, und deren Verstellung in entgegengesetzter Richtung mit gleicher Geschwindigkeit eine Verstellung des abgelenkten Bündels zu der. vorbestimmten Richtung hin oder von der vorbestimmten Richtung weg verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Ablage des Bündels von der vorbestimmten Richtung in einem gegebenen Zeitpunkt durch ihre Koordinaten α,, und ß_M in den beiden Koordinatenrichtungen definiert ist, die Größen

(ß_c -

bestimmt werden, daß das erste Ablenkorgan in einer ersten Richtung ,verstellt wird, wenn die erste Größe positiv ist , und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die erste Größe negativ ist, und daß das zweite Ablenkorgan in der ersten

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Richtung verstellt wird, wenn die zweite Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die zweite Größe negativ ist.

Wenn die Ablenkorgane um eine gemeinsame Achse drehbar sind, die mit der zuvor erwähnten vorbestimmten Richtung zusammenfällt, sind die Koordinaten der Ist-Ablage in den meisten Fällen nicht mehr direkt bekannt. Zur Bildung der zuvor erwähnten Differenzen ist es notwendig, sie aus Parametern abzuleiten, deren Vierte bekannt sind, nämlich aus den Winkeln der Orientierung der Ablenkorgane in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung. Wenn insbesondere die Ablenkorgane durch Prismen gebildet sind, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind, welche die vorbestimmte Richtung bildet, können die die Ist-Ablagerichtung definierenden Koordinaten α _M und ß_M aus den Orientierungswinkeln der Prismen in Bezug auf zwei Richtungen bestimmt werden, die um 45° gegen die zueinander senkrechten Achsen geneigt sind, welche als Bezugsächsen für die Bestimmung der Soll-Ablage dienen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor angegebenen Verfahrens mit zwei Ablenkorganen , deren gemeinsame Verstellung eine Kreisbewegung des abgelenkten Bündels um eine vorbestimmte Richtung verursacht, die senkrecht zu den Koordinatenrichtungen steht, und deren Verstellung in entgegengesetzter Richtung mit der gleichen Geschwindigkeit eine Verstellung des abgelenkten Bündels zu der vorbestimmten Richtung hin oder von der vorbestimmten Richtung weg verursacht ist gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bestimmung des Vorzeichens der Ausdrücke

^QC * ^ßC - < ^QM ⁺ V

(ß_c -

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wobei α_M und ß_M die Koordinaten der Ablage des Bündels von der vorbestimmten Richtung in einem gegebenen Zeitpunkt in den beiden zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen sind, und durch Regeleinrichtungen zur Verstellung des ersten Ablenkorgans in einer ersten Richtung, wenn die erste Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die erste Größe negativ ist, sowie zur Verstellung des zweiten Ablenkorgans in der ersten Richtung, wenn die zweite Größo positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die zweite Größe negativ ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ablenkorgane durch zwei Brechungsprismen gebildet, die in zwei koaxialen Ringen montiert sind, wobei jeder Ring den ringförmigen Rotor eines hohlen Motors trägt, der sich in einem Stator dreht, welcher von einem die Prismen enthaltenden Gehäuse getragen wird, und jeder Ring bildet das bewegliche Organ eines Stellungsdetektors, der Ausgangsspannungen liefert, die sieh nach dem Sinus bzw. dem Cosinus der Orientierung in Bezug auf eine vor.bestimmte Richtung ändern.

Die.Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig.1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

Fig.2 das Prinzipschema der elektronischen Schaltung der . Steuereinrichtung,

Fig.3 ein sehr schematisches Diagramm für einen möglichen Übergang von einer Ist-Ablenkung zu einer SoIl-AHenkung,

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■ - 6 -

Fig.4 ein Diagramm zur Erläuterung einer Weiterbildung der Anordnung von Fig.2 und

Fig.5 eine Schnittansicht der optischen und mechanischen Teile der Ablenkvorrichtung nach der Erfindung.

Die nachstehend beschriebene Vorrichtung ist dazu bestimmt, die Ablage eines optischen Bündels in eine Sollrichtung zu bringen, die durch ihre Koordinaten entlang zwei rechtwinkligen Achsen definiert ist, welche im allgemeinen die Höhenkoordinate' a_n und die Seitenkoordinate Q_n sind. In der Vorrichtung werden-als Ablenkorgane Prismen verwendet, die in einer mechanischen Baugruppe montiert sind,, wie später noch genauer erläutert wird. Als Anwendungsbeispiel für eine solche Vorrichtung kann man insbesondere ein Feuerleitgerät nennen: die Ablenkvorrichtung empfängt Informationen, die von einem Rechner geliefert werden, und bringt die Ablage des Bündels in Bezug auf die Achse eines die Vorrichtung enthaltenden Fernrohrs in eine solche Richtung, daß das Rohr, an dem das Fernrohr befestigt ist, richtig gerichtet ist, wenn das Ziel im Kreuzungspunkt des Fadenkreuzes des Fernrohrs erscheint.

Da in der Praxis die Koordinaten α _ und B_n geliefert werden, müssen die Prismen in einer solchen Richtung verstellt werden, daß man von einer Anfangs-Ablage, die durch den Punkt M mit den Koordinaten α,, und ß™ in Fig.1 definiert ist, zu dem Sollpunkt C gelangt, der durch die Koordinaten a_ und Q_n definiert ist. Es wäre möglich, eine Vorrichtung zu realisieren, die es ermöglichen würde, dieses Ergebnis unabhängig von den jeweiligen Lagen der Punkte M und C in der durch die Ablenkmöglichkeiten der Vorrichtung festgelegten Grenze zu erzielen, d.h. in dem ganzen Bereich, für den gilt:

α² + β² ^: 4 d²
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Darin ist d die von jedem der Prismen gelieferte Nennablerikung, von der aus Gründen der Vereinfachung angenommen, werden soll, daß sie für beide Prismen gleich ist,obwohl in der Praxis stets ein geringer Unterschied besteht.

Die nachstehend beschriebene Vorrichtung ist jedoch nur dafür vorgesehen, Ablagen zu realisieren, die auch" die beiden folgenden zusätzlichen Bedingungen einhalten:

α+ ß ^ 0
α- ß ^ 0

Diese beiden zusätzlichen Bedingungen bedeuten einfach, daß man sich damit begnügt, die. Ablage auf den Bereich zu beschränken, der in Fig.1 durch den Kreis mit dem Radius 2d und durch die Geraden Δ^ undA₂ begrenzt ist, die im Winkel von 45 zur α -Achse und zur ß-Achse stehen; dies ist der Bereich, der in der Figur von Schraffierungen umgeben ist.

Im' übrigen besteht an der Erfassung der vier Quadranten eher ein scheinbares als ein wirkliches Interesse, denn der Punkt 0 kann nicht erreicht v/erden, da die Nennablenkung für die beiden Prismen niemals exakt gleich ist.

Nebenbei ist zu bemerken, daß diese Einschränkung, die eine ausserordentliche Vereinfachung der Elektronik derVorrichtung ermöglicht, in den meisten Fällen nicht stört, insbesondere nicht bei den Feuerleitgeräten, bei denen das Rohr und somit das Fernrohr stets über das wirkliche Ziel gerichtet werden. Im übrigen kann man stets ein zusätzliches Vertikalablenkprisma vorschalten.

Wenn man vorschreibt, daß die Prismen im Zweipunktbstrieb gesteuert werden, d.h. so ,daß sie alle beide mit gleicher

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Geschwindigkeit in der einen· oder der anderen der für jedes Prisma möglichen Richtungen gedreht werden, ist zu erkennen, daß vier Wege möglich sind, um zum Punkt C zu gelangen. Diese vier Wege sind zwei kreisförmige Wege 1 und 2 um den Kreuzungspunkt 0 zwischen der q -Achse und der ß-Achse und zwei radiale Wege 3 und 4 zum Punkt 0 hin bzw. vom Punkt 0 weg. Es besteht dann das Problem, auf einfache Weise zu bestimmen, welche Wege zu wählen sind, damit die Ist-Ablage an die Soll-Ablage angenähert wird, bis diese erreicht wird.

Nach der Erfindung wird zur Annäherung der Ablage an den Punkt C der eine oder der andere dieser vier Wege in Abhängigkeit davon gewählt, ob man sich in dem einen oder dem anderen der vier Quadranten befindet, welche durch die Geraden Δ'-j und Δ'₂ definiert sind, die parallel zu

den Geraden δ. bzw. Δρ durch den Punkt C gehen. Aus Fig.1 ist zu erkennen, daß man sich stets dem Punkt C nähert, wo er auch in dem möglichen Bereich liegen möge, wenn jedem der Quadranten die in Fig.1 angegebenen Wege zugeordnet werden.

Mit anderen Worten: Um von der Ist-Ablage zu der Soll-Ablage zu gehen, wählt man den Weg in Abhängigkeit davon, in welchem durch die Geraden Δ¹^ und Δ'_ο definierten Quadrant sich der Punkt M befindet. Wenn sich der Punkt M beispielsv/eise im Quadrant 2 befindet, dreht man die beiden Prismen gemeinsam in einer Richtung, welche die trigonometrische Richtung ist, die in der Folge als positive Richtung angesehen werden soll. Wenn sich der Punkt M im Quadrant befindet, dreht man die beiden Prismen zusammen in der negativen Richtung.

Folgendes ist zu erkennen: Wenn der die Ist-Ablage darstellende Punkt über eine der Geraden Δ'-| und Δ'₂ hinweggeht,

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muß die Drehrichtung eines der Prismen umgekehrt werden. Man könnte glauben, daß in.dem Augenblick, in welchem sich der Punkt M auf einer dieser Geraden befindet, die Regelung . unwirksam wird und das System außer Betrieb gesetzt wird. In Wirklichkeit befindet sich aber die mechanische Last in Bewegung, so daß dann, wenn der Punkt M auf einer der Geraden ankommt, er infolge der Trägheit über diese Gerade hinwegläuft, worauf die Regelung sofort wieder wirksam wird. Wenn es sich im Anfangszustand herausstellt, daß sich der Punkt M auf einer der Geraden befindet, haben die in der Praxis stets vorhandenen Vibrationen stets zur Folge, daß er auf die eine oder andere Seite der Geraden gebracht wird.

Wenn man die Orientierungen der beiden Ablenkprismen , von den Geraden A^ und Δ ο ^aus gezählt,mit θ ^ bzw. θρ bezeichnet, und mit θ¹* -und θ*ρ die Änderungsgeschwindigkeiten dieser Winkel (für die in der Folge nur noch ihr Vorzeichen von Bedeutung ist ) muß die Regelanordnung die Antriebsmotoren der Prismen in einer Richtung drehen, die durch das Vorzeichen von θ¹* und θ·ρ gegeben ist, damit vom Punkt M zum Punkt C auf den zuvor definierten Wegen übergegangen wird. .

Mit der Erfindung wird eine einfache Maßnahme zur Bestimmung der Vorzeichen von θ·^ und θ*₂ ^aui Grund der Koordinaten α_e und ß„ der Soll-Ablage und der Koordinaten α und ß„ der Ist-Ablage in einem beliebigen Zeitpunkt geschaffen. Die Untersuchung von Fig.1 zeigt nämlich, daß man die folgende Tabelle aufstellen kann, die zeigt, daß das Vorzeichen von θ'^ und ©',j mit dem Vorzeichen von Ausdrücken übereinstimmt, die mit Hilfe von elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung der Parameter a_c, ßp,. a„ und ß.. leicht berechnet v/erden können:

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	4	Weg:	1	2	2359549	+
Verstellung entlang			+	-	3 4
(α+ ß)_c - ( α+ ß)_M		+	-	+
(ß - α)_c - (ß - α)_M		+	-	- ⁺
1		+	-	+

Die vorstehende Tabelle zeigt, daß in allen möglichen Fällen das Vorzeichen von θ¹* mit dem Vorzeichen des ersten Ausdrucks und das Vorzeichen von θ'₂ mit dem Vorzeichen des zweiten Ausdrucks übereinstimmt. Demzufolge genügt es, wenn die elektronische Regelschaltung die Prismen in einer Richtung drehen läßt, die für das erste Prisma durch das Vorzeichen des ersten Ausdrucks und für das zweite Prisma durch das Vorzeichen des zweiten Ausdrucks festgelegt ist, und zwar solange, bis die beiden Ausdrücke den Wert Null haben.

Die Koordinaten α und ß,. des Punktes M sind, im Gegensatz zu den Koordinaten des Sollpunktes C, nicht direkt bekannt. Sie können jedoch aus der durch jedes der Prismen gegebenen Ablenkung d und aus den Winkeln und ©2 der Orientierung der Prismen in Bezug auf die Geraden Δ ^ und Δ ο durch die folgenden Gleichungen berechnet v/erden:

^ßM ⁼ ^^1 ^{sin Θ}1 "" ^d2 ^cos

^ßM ~ ^ÜM ⁼ ^(^d1 ^{cos Θ}1 ^{+ d}2 ^sin

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Fig.2 zeigt ein Blockschema einer elektronischen Schaltung, die es ermöglicht, die Prismen in der geeigneten Richtung durch Bildung der verschiedenen zuvor erv/ähnten Ausdrücke zu steuern.

Es kann davon ausgegangen werden, daß diese Anordnung zwei getrennte, jedoch miteinander gekoppelte Folgeregelkreise enthält, die jeweils den gleichen allgemeinen Aufbau haben. Demzufolge soll nur der zur Steuerung des ersten Prismas bestimmte Folgeregelkreis im Einzelnen beschrieben werden.

Der Folgeregelkreis des ersten Prismas 11, dessen Drehung durch einen Motor 10 gesteuert wird, enthält einen Stellungsfühler 12, der an einem ersten Ausgang 13 ein Signal liefert, dessen Amplitude dem Wert sin θ^ proportional ist, und an einem zweiten Ausgang 14 ein Signal,dessen Amplitude dem Wert cos θ^ proportional ist. Das den Viert sin θ^ darstellende Signal wird einem Umkehrverstärker 15 mit dem Verstärkungsfaktor d., V2 zugeführt. Das verstärkte Signal wird einem Abweichungsrechner 16 zugeführt, der durch eine lineare Summierschaltunggebildet sein kann, ^n der Praxis ist der Abweichungsrechner durch einen Rechenverstärle r gebildet, dessen Eingang die verschiedenen Signale, welche zu addierende Größen darstellen, über Widerstände empfängt.

Der Abweichungsrechner 16 empfängt an Eingängen 17 und Signale, welche α_c bzw. ß_c darstellen. Schließlich empfängt er an einem letzten Eingang ein Signal, das von dem dem zweiten Prisma 11a zugeordneten Stellungsfühler 12a stammt. Dieses Signal, das den Viert cos θρ darstellt, wird ohne Umkehrung durch einen Verstärker 15a mit dem Verstärkungsfaktor d₂ V2 verstärkt, bevor es dem Abweichungsrechner 16 zugeführt wird.

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Somit ist zu erkennen, daß der Abweichungsrechner 16 an seinem Ausgang 19 ein Signal ε^ liefert, das dem folgenden Ausdruck entspricht:

C₁=Ca₀+ ß_c) - V^ Cd₁ sin O₁ - d₂ cos Q₂),

Das Vorzeichen dieses Signals ε stellt die Richtung dar, in der das erste Prisma 11 angetrieben werden muß, d.h. das Vorzeichen von θ¹^ oder auch die Polarität der Steuerspannung, die an den umsteuerbaren "Motor 10 anzulegen ist.

Damit Instabilitäten der Folgeregelschleife vermieden werden, wird das Signal ε^ dem Motor nicht direkt, sondern über eine elektrische Korrekturschaltung 20 zugeführt. Diese Korrekturschaltung ist im allgemeinen durch einen Rechenverstärker gebildet, der als Integrier-Differenzierglied geschaltet ist und eine Phasenvoreilung liefert, die sehr viel größer als die 20 bis 30° ist, die in den linearen Schaltungen als üblich angesehen v/erden und 55° erreichen kann. Die Bandbreite dieser Schaltung wird so gewählt, daß sie den möglicherweise auftretenden Instabilitätsfrequenzen entspricht.

Das Ausgangssignal ε ^* der Phasenvoreilungsschaltung 20 wird einer Vorzeichenbestimmungsschaltung 21 zugeführt, die an ihrem Ausgang ein Rechtecksignal liefert, dessen Polarität dem Vorzeichen des Signals ε.* entspricht, das aber einen konstanten Wert hat. Dieses Ausgangssignal bildet das Steuersignal für einen Leistungsverstärker 22, der im . Zweipunktbetrieb arbeitet und den Motor 10 speist. Der Motor 10 treibt eine Last an, die durch das Prisma 11 und den Stellungsdetektor 12 gebildet ist, der an seinem Ausgang 13 ein Signal abgibt, dessen Amplitude dem Wert . sin θ^ proportional ist.

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Der dem Prisma 11a zugeordnete Folgeregelkreis . hat den gleichen Aufbau wie der zuvor erwähnte Folgeregelkreis, und die Bestandteile dieses Folgeregelkreises, die denjenigen des ersten Folgeregelkreises entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, denen der Buchstabe a hinzugefügt ist. Die Addierschaltung I6e empfängt jedoch andere Signale als die Addierschaltung Das die Sollkoordinate α _ darstellende Signal wird über eine Unkehrschaltung 23 zugeführt. Die der Addierschaltung I6a zugeführten Signale, welche die Orientierung der Prismen darstellen, kommen einerseits von dem den Viert cos Q^ liefernden Ausgang des Stellungsdetektors 12 und andrerseits von dem den Wert sin θρ liefernden Ausgang des Stellungsdetektors 12a. Zwei Umkehrverstärker 25 und 25a multiplizieren die Ausgangssignale der Detektoren mit - d^ V2 bzw. mit dp ^2. Das Ausgangssignal ^ερ der Addierschaltung 16a wird einer Phasenvoreilungsschaltung 20a zugeführt, der ein Vorzeichendetektor 21a und ein den umsteuerbaren Motor 10a speisender Zweipunktverstärker 22a nachgeschaltet sind.

Als Beispiel soll nun beschrieben werden, wie- der Vorgang beim Übergang von einer Anfangssituation, in welcher die Bündelablagp dem Punkt M von Fig.3 entspricht, in eine dem Punkt C von Fig.3 entsprechende Sollstellung abläuft.

Da der Punkt M im Quadrant 2 liegt, sind die von den Addierschaltungen 16 bzw. 16a gelieferten Signale ε.* und ε2* beide positiv. Die Motoren 10 und 10a drehen die Prismen 11 und 11a in der trigonometrischen Richtung mit gleicher Geschwindigkeit, was sich für den Punkt M* der im Achsensystem Δ ¹^ und Δ'₂ die Koordinaten ε» und ε* hat, in einem lcreisbogenförmigen Weg 26 äußert, bis zu dem Punkt, an dem dieser Kreisbogen die Gerade Δ ^% _Λ schneidet,

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Sobald dieser Darstellungspunkt die Gerade Δ ¹^ überschreitet, kehrt sich die Richtung von ε^* um.Die Drehrichtung des Motors 10 kehrt sich ebenfalls um, Jedoch mit einer Verzögerung, die auf der Trägheit der mechanischen Teile beruht. Nach einer Übergangszone verläuft der vom Punkt M¹ zurückgelegte ¥eg radial in Bezug auf den Koordinatenmittelpunkt 0. Sobald dieser Weg erneut die Gerade A ¹^ kreuzt, kehrt sich das Vorzeichen von ε,* erneut um, und der Motor wird gebremst, worauf er in der entgegengesetzten Richtung wieder anläuft, usw. Der. Weg für den Übergang vom Punkt M zum Punkt C hat somit den in Fig.3 gestrichelt angedeuteten allgemeinen Verlauf. Infolge der sehr beträchtlichen Verstärkung der Folgeregelschleifen liegt dieser Weg nahe beim direkten Weg vom Punkt M zum Punkt C.

Wenn der zuvor beschriebene Folgeregelkreis ohne weiteres angewendet wird, besteht die Gefahr, daß er Schwingungen der Prismen mit kleiner Amplitude verursacht, welche die Ist-Ablage um die Soll-Ablage oszillieren lassen. Obgleich die Amplitude dieser Schwingungen klein ist, können sie sehr störend sein, da sie ein Verschwimmen des Bildes für den Beobachter erzeugen und die mechanischen Teile ermüden, und zwar umso mehr, als ihre Frequenz im allgemeinen hoch ist, nämlich in der Größenordnung von 100 Hz. Deshalb werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Einrichtungen vorgesehen, welche die Schwingungen um den Sollpunkt beseitigen. Eine erste Lösung besteht darin, daß am Ausgang der Summierschaltungen 16 und 16a Schwellenverstärker angeordnet werden, deren Ausgangssignal solange Null ist, wie das Eingangssignal einen vorbestimmten Wert nicht erreicht. Eine andere Lösung, bei der kein Genauigkeitsverlust in Kauf genommen werden muß, besteht darin, daß dem Zwe'ipunktbe trieb (der für die großen Verstellamplituden beibehalten wird) eine quasi lineare Steuerung überlagert wird, die auf einem Vergleich zwischen den von den Phasenvoreilung sschaltungen 20 und 20a gelieferten korrigierten

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Fehlersignalen ε-j* und ε₂* ^mi^ ^zwei SpannungsSignalen beruht, die sich sägezahnförmig mit einer Folgeperiode ändern, die größer als die elektrische Zeitkonstante der Motoren 10 und 10a ist, aber kleiner als die zuvor erwähnte Eigenschwingungsperiode (beispielsweise von 100 Hz). Im ersten Folgeregelkreis wird beispielsweise das korrigierte Fehlersignal ε ^* mit zwe.i Signalen S (t) und -S(t) verglichen, die sich in der in Fig.4 gezeigten Weise sägezahnförmig ändern. Wenn ε^* größer als der Spitzenwert c_Q der Sägezähne ist, erfolgt die Steuerung ohne Tastung, d.hr nach plus oder minus. Wenn dagegen ε,.* kleiner als ε* ist, wird das Steuersignal durch Stromimpulse gebildet, deren Dauer proportional zu ε^*/ ^£q ist. Damit dieses Ergebnis erhalten wird, braucht nur'eine Generatoranordnung verwendet zu werden, die zwei Sägezahnspannungen erzeugt, welche die Ümschaltpunkte des !Comparators festlegen. Dieser Komparator besteht dann in Wirklichkeit aus zwei unsymmetrischen Komparatoren. Die Stromimpulse haben bei dem schematisoh im oberen Teil von Fig.4 dargestellten Beispiel die Dauer und die Verteilung, welche durch die im unteren Teil von Fig.4 dargestellten Rechtecksignale angegeben sind.

Die vorstehend beschriebene Regelanordnung eignet sich insbesondere für die in Fig.5 dargestellte Ablenkvorrichtung.

Die Ablenkvorrichtung von Fig.5 enthält zwei Prismen, welche die Ablenkorgane 11 und 11a von Fig.2 bilden. Diese Prismen 11 und 11a sind im Innern eines gemeinsamen feststehenden Gehäuses 30 montiert und liegen hintereinander im Weg eines Eintrittslichtbündels, das in Fig.5 von rechts kommt. Die Prismen sind dazu vorgesehen, ein in der Figur von rechts mit einer Ablage ankommendes Lichtbündel in die Achse X-X¹ der Ablenkvorrichtung umzulenken, die beispielsweise an einem links befindlichen Fernrohr befestigt

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ist. Die Prismen 11 und 11a liegen symmetrisch in Bezug auf die sie trennende diametrale Ebene. Jedes Prisma, beispielsweise das Prisma 11, hat die Form eines Zylinderabschnitts mit der Achse X-X¹, dessen ebene Stirnflächen zu einer senkrecht zur Achse X-X¹ stehenden und gegen diese Achse geneigten Kante konvergieren. Jedes Prisma ist vorzugsweise zusammengesetzt, so daß es achromatisch ist. Wenn die Ablenkvorrichtung im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich arbeiten soll, kann man beispielsweise ein Flintglaselement und ein Kronglaselement zusammensetzen, die so gewählt, sind,daß der Achromatismus im sichtbaren Bereich bei 0,43 wm und im nahen Infrarotbereich. erhalten wird.

Die Prismen 11 und 11a sind so gelagert, daß sie sich um die Achse X-X¹ drehen können. Jedes Prisma 11 bzw. 11a ist in einem Ring 31 bzw. 31a von im wesentlichen zylindrischer Form montiert. Jeder Ring ist in vorgespannten Lagern 32 bnw. 32a, deren äußerer Laufring in einem Gestell 33 festgelegt ist, drehbar gelagert.

Die zum Antrieb der Ringe und der Prismen bestimmten Motoren sind hohle Motoren, welche die Ringe umgeben. Diese Motoren sind einander gleich. Der Motor 10 enthält beispielsweise einen Stator 34, der .in das Gestell 33 eingesetzt ist, und einen am Ring 31 befestigten Rotor ■°er Stator kann aus aufeinandergestapelten und-durch ein Magnetooch miteinander verbundenen Magneten gebildet sein. Am Stator ist ein Kranz 36 befestigt, der die auf dem Rotor 35 schleifenden Bürsten trägt. Der Bürstenträgerkranz 36 ist mit nicht dargestellten Stromzuführungsdrähten versehen, die aus dem Gehäuse nach aussen führen.

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Die Winkelstellung der Ringe 31 und 31a wird von den Stellungsdetektoren 12 bzw. 12a angezeigt. Jeder dieser Stellungsdetektoren muß ein Signal liefern, das den Sinus des Einstellwinkels in Bezug auf eine vorbestimmte Bezugsrichtung darstellt, sowie ein Signal,das den Cosinus dieses Winkels darstellt. Die beiden Stellungsdetektoren sind einander gleich, aber ihre feststehenden Teile sind gegeneinander um 90° versetzt, so daß der eine der Geraden Δ ^ und der andere der Geraden Δ^ von Fig.1 entspricht.

Die Stellungsdetektoren können insbesondere durch Funktionspotentiometer mit leitenden Kunststoffschichten gebildet sein, wie sie von der Firma MCB in Courbevoie gefertigt werden. Der Stellungsdetektor 12 kann beispielsweise einen Ring 37 enthalten, der mit einer Spur versehen ist, deren von einem vorbestimmten Punkt an gemessener Widerstand sich nach einem Sinus-Q-Gesetz ändert. Dieser Ring ist am Gestell 33 befestigt. Der bewegliche Teil des Stellungsdetektors 12 enthält zwei Läufer, die im Winkel von 90° zueinander an einem Is> lierring 38 befestigt sind. Der Läufer 39, der allein in Fig.5 sichtbar ist, hat einen ersten Schleifer, der auf der Spur des Rings aufliegt, und einen zweiten Schleifer, der auf einem von einem Isolierring 40 getragenen leitenden Ring aufliegt. Die beiden Läufer sind derart im Winkel von 90° zueinander angeordnet, daß der eine den Sinus und der andere den Cosinus liefert. Die von dem Ring 40 getragenen Ringe sind mit dem in Fig.2 dargestellten Folgeregelkreis über nicht dargestellte feste Leiter verbunden.

Das Gestell 33 ist am Deckel 41 des Gehäuses 30 durch Gewinde stangen 42 und Muttern 43 befestigt. Die Gewindestangen 42 halten ferner einen Träger 44 fest, in dem eine halbdurchlässige Platte 45 montiert ist. Diese Platte

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ermöglicht es, dem Bild , das von dem mit einer Ablage eintretenden Lichtbündel geliefert wurde, das Bild einer Bezügsskala zu überlagern. Das Bild dieser Skala, das durch die in die Vorrichtung durch ein Fenster 46 entlang der Achse Y-Y¹ eintretenden Lichtstrahlen beleuchtet wird, wird durch eine Optik 47 ins Unendliche projiziert. Es ist zu erkennen, daß das von der halbdurchlässigen Platte 45 zurückgeworfene Bild der Skala die gleiche Ablenkung wie das Bildfeld erleidet und es somit unabhängig von der Ablage ermöglicht, die Lage eines Punktes in Bezug auf den Mittelpunkt des Beobachtungsfeldes zu definieren.

Die Erfindung kann natürlich zahlreiche Abänderungen erfahren. Beispielsweise können die Folgeregelkreise zu dem Motor eine Spannung liefern, die sich in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Ist-Ablage und · der Soll-Ablage ändern. Diese Lösung ist jedoch wenig vorteilhaft, da sie eine Verlangsamung der Korrektur ergibt. Schließlich ist.die Nennablenkung der beiden Ablenkorgane nicht notwendigerweise gleich.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1.1 Verfahren zur Ablenkung eines Strahlungsbündels , das es —ermöglicht, die Ablage des Bündels in eine Sollrichtung zu bringen, die durch ihre Koordinaten α_c und ß_c in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen, insbesondere in der Höhenrichtung und der Seitenrichtung definiert ist, unter Verwendung von zwei Ablenkorganen, deren gemeinsame Verstellung eine Kreisbewegung des abgelenkten Bündels um eine vorbestimmte Richtung bewirkt, die senkrecht zu,den Koordinatenrichtungen steht, und deren Verstellung in entgegengesetzter Richtung mit gleicher Geschwindigkeit eine Verstellung des abgelenkten Bündels zu der vorbestimmten Richtung hin oder von der vorbestimmten Richtung weg verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Ablage des Bündels von de? vorbestimmten Richtung in einem gegebenen ' Zeitpunkt durch ihre Koordinaten_M und ß., in den beiden Koordinatenrichtungen definiert ist, die Größen

^aC - ^ßC~ < °M ^{+ ß}M> und

bestimmt werden, daß das erste Ablenkorgan in einer ersten Richtung verstellt wird, wenn die erste Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die erste Größe negativ ist, und daß das zweite Ablenkorgan in der ersten Richtung verstellt wird, wenn die zweite Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die zweite Größe negativ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Ablenkorgane durch zwei Brechungsprismen gebildet sind, die um die gleiche Achse drehbar gelagert

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sind, und deren Kanten senkrecht zu dieser Achse liegen, die Größen a_M + ß_M und ß_M -a_M von der Orientierung der Prismen abgeleitet wird, die von zwei im Winkel von 45° zu den Koordinatenrichtungen stehenden Richtungen aus gemessen wird.

Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels, die es ermöglicht, die Ablage des Bündels in eine Sollrichtung zu bringen, die durch ihre Koordinaten α und ß_r in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen, insbesondere in der Höhenrichtung und der Seitenrichtung bestimmt ist, mit zwei Ablenkorganen, deren gemeinsame Verstellung eine Kreisbewegung des abgelenkten Bündels um eine vorbestimmte Richtung verursacht, die senkrecht zu den Koordinatenrichtungen steht, und deren Verstellung in entgegengesetzter Richtung mit der gleichen Geschwindigkeit eine Verstellung des abgelenkten Bündels zu der vorbestimmten Richtung hin oder von der vorbestimmten Richtung weg verursacht, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bestimmung des Vorzeichens der Ausdrücke

⁰C * ^ßC - <^eM ⁺ *M>

wobei Qj. und ß_M die Koordinaten der Ablage des Bündels von der vorbestimmten Richtung in einem gegebenen Zeitpunkt in den beiden zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen sind, und durch Regeleinrichtungen zur Verstellung des ersten Ablenkorgans in einer ersten Richtung, wenn die erste Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die drste Größe negativ ist,sowie, zur Verstellung des zweiten Ablenkorgans in der ersten Richtung, wenn die zweite Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die zweite Größe negativ ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Ableitung der Größen a_M + ß^ und ß_M - α _Μ aus der Orientierung der beiden Ablenkorgane um eine gemeinsame Drehachse in Bezug auf zwei zueinander senkrechte Richtungen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtungen zwei Motoren enthalten, die jeweils mit einem der Ablenkorgane gekuppelt sind und im Zweipunktbetrieb gemäß dem Vorzeichen der entsprechenden Ausdrücke gesteuert werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zusätzliche Regeleinrichtungen, welche an die' Motoren Stromimpulse fester Frequenz, deren Dauer der Amplitude des entsprechenden Ausdrucks proportional ist, anlegen, wenn die Amplitude des Ausdrucks kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

7. Vorrichtung ελιγ Ablenkung eines Lichtbündels nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ablenkorgane durch zwei Prismen mit der gleichen Nennablenkung gebildet sind, die drehbar um eine gleiche Achse gelagert sind, ,die senkrecht zu ihren Kanten steht.

8. Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels mit zwei Brechungsprismen, die in zwei Ringen montiert sind, die hintereinander um eine gemeinsame Achse drehbar , gelagert sind, wobei die Kante jedes Prismas senkrecht · zu der Drehachse steht, und mit zwei ringförmigen Mat oren, die jeweils .einem Prisma zugeordnet sind, um den entsprechenden Ring in Drehung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Prisma ein Detektor vorgesehen ist, der zwei Signale liefert, deren Amplituden dem Sinus bzw. dem Cosinus des Orientierungswinkels des Prismas in Bezug auf eine vorbestimmte Ursprungsrichtung

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proportional sind, und daß Schaltungen vorgesehen sind, welche aus den von den Detektoren gelieferten Signalen die Richtung des abgelenkten Bündels in rechtwinkligen Koordinaten in Bezug auf Achsen liefert, die im Winkel von 45° zur Ursprungsrichtung stehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Regeleinrichtungen, die von den Schaltungen so gesteuert werden, daß sie die Motoren nur gleichzeitig im Zweipunktbetrieb entweder mit solcher Polarität speisen, daß sich die Motoren in der gleichen Richtung drehe», oder mit solcher Polarität, daß sich die Motoren in.entgegengesetzter Richtung drehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen so ausgebildet sind, daß sie es ermöglichen, die Ablage des Bündels in jeder beliebigen Richtung in einen der vier Quadranten zu bringen, die durch die Ursprungsrichtung und die dazu senkrechte Richtung begrenzt sind.

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