DE2359549C2

DE2359549C2 - Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels

Info

Publication number: DE2359549C2
Application number: DE2359549A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Le Chenay Patrick
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE2359549A1; IT989255B; US3872299A; FR2212051A5; GB1457116A; CH577176A5; BE802115A

Description

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wobei ixm und $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 is VJnd in &jt entgegengesetzten Richtung, wenn die ersto Größe negativ ist, sowie zur Verstellung des zweiten AMenkorgans in der ersten Richtung, wenn die zweite Größe positiv ist, und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die zweite Größe negativ ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Ableitung der Größen »M+ßMund ßM—«Maus der Orientierung der beiden Ablenkorgane um eine gemeinsame Drehachse in bezug auf zwei zueinander senkrechte Richtungen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 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.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zusätzliche Regeleinrichtungen, welche an die Motoren Stromirnpulse fester Frequenz, deren Dauer der Amplitude des entsprechenden Ausdrucks proportional ist, anlegen, wenn die Amplitude des Ausdrucks kleiner als ein vorbestimmter Wert ist

5. Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtbündels nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen in zwei Ringen montiert sind, die hintereinander um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert sind, daß jedem Ring ein ringförmiger Motor zugeordnet ist, der den entsprechenden Ring in Drehung versetzt, daß für jedes Prisma ein Detektor vorgesehen ist, der zwei Signale Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels nach dem Oberbegriff des

Patentanspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung enthält zwei Ablenkorgane, deren gemeinsame Verstellung sich in einer Drehbewegung des Strahlungsbündels 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 Höchstfrequenzstrah lungen verwendet werden, wenn entweder dielektrische

Prismen oder geeignete Antennen verwendet werden. In der folgenden -Beschreibung wird als »Ablage« die Richtung des Strahlungsbündels bezeichnet, die von den

so zuvor definierten Ablenkorganen in die vorbestimmte Richtung gebracht wird.

Aus der GB-PS 9 97 872 ist bereits eine Ablenkvorrichtung für optische Bündel bekannt, die es ermöglicht, die Ablage des in ein Fernrohr oder ein anderes optisches System eintretenden Lichtbündels einzustellen. Diese Vorrichtung enthält 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 Prismen in entgegengesetzten Richtungen verursacht eine Winkelverstellung der Ablage zu der

Achse hin oder von dieser Achse weg.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zur Durchführung einer kontinuierlichen Suchabtastung angewendet. Ihre Anwendung bei der automatischen

Winkelverfolgung eines Ziels oder bei der automatischen 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 durchzuführer« ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die besser als die bisher bekannten Vorrichtungen den Anforderungen der Praxis entsprechen, indem sie es insbesondere ermöglicht in verhältnismäßig einfacher Weise ein in rechtwinkligen Koordinaten gegebenes Ziel zu erfassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wenn die Ablenkcrgane um eine gemeinsame Achse S| drehbar sind, die mit der zuvor erwähnten vorbestimm- |p ten Richtung zusammenfällt sind die Koordinaten der t| Ist-Ablage in den meisten Fällen nicht mehr direkt fj bekannt Zur Bildung der zuvor erwähnten Differenzen §| ist es notwendig, sie aus Parametern abzuleiten, deren gg Werte bekannt sind, nämlich aus den Winkeln der ■|j[ Orientierung der Ablenkorgane in bezug auf eine J;· vorbestimmte Richtung. Wenn insbesondere die Ab-ΙΊ lenkorgane durch Prismen gebildet sind, die um eine "S gemeinsame Achse drehbar sind, welche die vorbejjji stimmte Richtung bildet können die die Ist-Ablagerich- ;_| tung definierenden Koordinaten α,ν/ und ßu aus den f|i Orientierungswinkeln der Prismen in bezug auf zwei || Richtungen bestimmt werden, die um 45° gegen die ψ& zueinander senkrechten Achsen geneigt sind, welche als H Bezugsachsen für die Bestimmung der Soll-Ablage || dienen.

1-2 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

Qj Erfindung i.nd die Ablenkorgane durch zwei Bre- ί chungsprismen gebildet die in zwei koaxialen Ringen !·■·' montiert sind, wobei jeder Ring den ringförmigen Rotor ■■$ eines hohlen Motors trägt, der sich in einem Stator i:'; dreht, welcher von einem die Prismen enthaltenden $·. Gehäuse getragen wird, und jeder Ring bildet das ■*>; bewegliche Organ eines Stellungsaetektors, der Aus- ; * gangsspannungen liefert die sich nach dem Sinus bzw. ν dem Cosinus der Orientierung in bezug auf eine vorbestimmte Richtung ändern.

,;^; Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung

υ. dargestellten Ausfuhrungsbeispiels beschrieben. In der :' Zeichnung zeigt

:.·' Fig. i ein Diagramm zur Erläuterung des der

Erfindung zugrunde liegenden Prinzips,

Fig.2 das Prinzipschema der elektronischen Schal-■'':■ tung der Steuereinrichtung,

F i g. 3 ein sehr schematisches Diagramm für einen ■■;.. möglichen Obergang von einer Ist-Ablenkung zu einer ■Λ Soll-Ablenkung,

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 6i Sollrichtung zu bringen, die durch ihre Koordinaten entlang zwei rechtwinkligen Achsen definiert ist, welche im allgemeinen die Höhenkoordinate txc und die Seitenkoordinate ßc 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 occ und ßc 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 «_m und β μ in F i g. 1 definiert ist, zu dem Sollpunkt C gelangt, der durch die Koordinaten txc und ßctf?imiert ist Es wäre möglich, eine Vorrichtung zu reai-sieren, 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:

x²+ß²<4cP.

Darin ist d die von jedem der Pfismen gelieferte Nennablenkung, 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:

tx+ß < 0,
Λ-β < 0.

Liese beiden zusätzlichen Bedingungen bedeuten einfach, daß man sich damit begnügt, die Ablage auf den Bereich zu beschränken, der in F i g. 1 durch den Kreis mit dem Radius 2d und durch die Geraden A\ und Δ2 begrenzt ist, die im Winkel von 45" zur «-Achse und zur 0-Achse stehen; dies ist der Sereich, 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 O kann nicht erreicht werden, da die Nennablenkung für die beiden Prismen niemals exakt gleich ist.

Nebenbei ist zu bemerken, daß diese Einschränkung, die eine außerordentliche Vereinfachung der Elektronik der Vorrichtung 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 stets ein zusätzliches Vertikalablenkprisma vorschalten.

Wenn man vorschreibt, daß die Prismen im Zweipunktbetrieb gesteuert werden, d. h. so./iaG sie alle beide mit gleicher Geschwindigkeit in der einen oder der anderen der für jedes Prisma möglichen Richtungen gedreht werden, ist zm erkennen, daß vier Wege möglich sind, um zum Punkt Czu gelangen. Diese vier Wege sind zwei kreisförmige Wege 1 und 2 um den Kreuzungspunkt O zwischen der α-Achse und der /?-Achse und zwei radiale Wege 3 und 4 zum Punkt O hin bzw. vom Punkt O wee. Es besteht dann das Problem auf pinfnrhp

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' und Δ'ι definiert sind, die parallel zu den Geraden Δ \ bzw. Δ₂ durch den Punkt Cgehen. Aus F i g. 1 ist zu erkennen, daß man sich stets dem Punkt C nähen, wo er auch in dem möglichen Bereich liegen möge, wenn jedem der Quadranten die in F i g. 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 Δ'\ und Δ'₂ definierten Quadrant sich der Punkt M befindet. Wenn sich der Punkt /Vf beispielsweise iin 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 1 befindet, dreht man die beiden Prismen zusammen in der negativen Richtung.

Folgendes isl zu erkennen: Wenn der die Ist-Ablage darstellende Punkt über eine der Geraden Δ'\ und Δ'₂ hinweggeht, 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 Λ/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. *o

Wenn man die Orientierungen der beiden Ablenkprismen, von den Geraden Δ\ und Δ2 aus gezählt, mit θι bzw. θ₂ bezeichnet, und mit ΘΊ und θ'2 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 ΘΊ und θ'₂ 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 ΘΊ und θ'2 auf Grund der Koordinaten «c und ßc der Soll-Ablage und der Koordinaten a\t und ßiu der Ist-Ablage in einem beliebigen Zeitpunkt geschaffen. Die Untersuchung von F i g. 1 zeigt nämlich, daß man die folgende Tabelle aufstellen kann, die zeigt, daß das Vorzeichen von ΘΊ und θ'2 mit dem Vorzeichen von Ausdrücken übereinstimmt, die mit Hilfe von elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung der Parameter «c, ßc, <xm und β μ leicht berechnet werden können:

Verstellung enäeng Wbg: 12 3 4

(a+ß)_c-(a+ß>M + - +

Verstellung entlang Weg: 12 3 4

Die vorstehende Tabelle zeigt, daß in allen möglichen Fällen das Vorzeichen von ΘΊ 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 >*·_; und zwar so lange, bis die beiden Ausdrücke den Wert Null haben.

Die Koordinaten <x._M und ßu 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 θι und θ₂ der Orientierung der Prismen in bezug auf die Geraden Δ\ und Δ₂ durch die folgenden Gleichungen berechnet werden:

)ß(di sin θι - A cos θ₂) fid cos θι + d₂ sin B₂)

ecM+ß\

Fig.2 zeigt ein Blockschema einer elektronischen Schaltung, die es ermöglicht, die Prismen in der geeigneten Richtung durch Bildung der verschiedenen zuvor erwähnten 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 θι proportional ist, und an einem zweiten Ausgang 14 ein Signal, dessen Amplitude dem Wert cos θι proportional ist Das den Wert sin θι darstellende Signal wird einem Umkehrverstärker 15 mit dem Verstärkungsfaktor d_t fl zugeführt Das verstärkte Signal wird einem Ab /eichungsrechner 16 zugeführt der durch eine lineare Summierschaltung gebildet sein kann. In der Praxis ist der Abweichungsrechner durch einen Rechenverstärker gebildet, dessen Eingang die verschiedenen Signale, welche zu addierende Größen darstellen, über Widerstände empfängt

Der Abweichungsrechner 16 empfängt an Eingängen 17 und 18 Signale, welche acc 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 Wert cos0₂ darstellt, wird ohne Umkehrung durch einen Verstärker 15a mit dem Verstärkungsfaktor di j/2 verstärkt bevor es dem Abweichungsrechner 16 zugeführt wird.

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

ει = (etc+ßc)-

sin 6\-d2

Das Vorzeichen dieses Signals ei stellt die Richtung dar, in der das erste Prisma 11 angetrieben werden muß, d. h. das Vorzeichen von ΘΊ oder auch die Polarität der Steuerspannung, die an den umsteuerbaren Motor 10 anzu;<rgen ist.

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

Das Ausgangssignal ε,* der Phasenvoreilungsschaltung 20 wird einer Vorzeichenbestimmungsschaltung 21 zugeführt, die an ihrem Ausgang ein Rechtecksignal liefert, dessen Polarität dem Vorzeichen des Signals ει* 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 .,in θι proportional ist.

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 16a empfängt jedoch andere Signale als die Addierschaltung 16. Das die Sollkoordinate ac darstellende Signal wird über eine Umkehrschaltung 23 zugeführt. Die der Addierschaltung 16a zugeführten Signale, welche die Orientierung der Prismen darstellen, kommen einerseits von dem den Wert cos θι liefernden Ausgang des Stellungsdetektors 12 und andererseits von dem den Wert sin θ₂ liefernden Ausgang des Stellungsdetektors 12a Zwei Umkehrverstärker 25 und 25a multiplizieren die Ausgangssignale der Detektoren mit — di]/2 bzw. mit ck fä. Das Ausgangssignal 62 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 Bündelablage dem Punkt M von F i g. 3 entspricht, in eine dem Punkt Cvon F i g. 3 entsprechende Sollstellung abläuft.

Da der Punkt Mim Quadrant 2 liegt, sind die von den Addierschaltungen 16 bzw. 16a gelieferten Signale ει* und S2* 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 ΔΊ und Δ'2 die Koordinaten εΊ und ε'2 hat, in einem kreisbogenförmigen Weg 26 äußert, bis zu dem Punkt, an dem dieser Kreisbogen die Gerade A'\ schneidet

Sobald dieser Darstellungspunkt die Gerade Δ\ überschreitet, kehrt sich die Richtung von ει* 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 M'zurückgelegte Weg radial in bezug auf den Koordinatenmittelpunkt O. Sobald dieser Weg erneut die Gerade A'\ kreuzt, kehrt sich das Vorzeichen von ει* erneut um, und der Motor 10 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 Mzum 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 osziiiieren iassen. 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 um so 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 so lange Null ist, wir das Eingangssignal einen vorbestimmten Wert nicht erreicht. Eine andere Lösung, bei der kein Genauigkeitsverlust in Kauf genommen werden muß, besteht darin, daß dem Zweipunktbetrieb (der für die großen Verstellamplituden beibehalten wird) eine quasi lineare Steuerung überlagert wird, die auf einem Vergleich zwischen den von den Phascnvorcüungsschaltungen 20 und 20a gelieferten korrigierten Fehlersignalen ει* und ε₂* mit 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 ει* mit zwei Signalen S(t) und -S(t) verglichen, die sich in der in Fig.4 gezeigten Weise sägezahnförmig ändern. Wenn ει* größer als der Spitzenwert εο der Sägezähne ist erfolgt die Steuerung ohne Tastung, d. h. nach plus oder minus. Wenn dagegen ει* kleiner als εο ist, wird das Steuersignal durch

so Strnmimpulse gebildet deren Dauer proportional zu ει*/εο ist Damit dieses Ergebnis erhalten wird, braucht nur eine Generatoranordnung verwendet zu werden, die zwei Sägezahnspannungen erzeugt weiche die Umschaltpunkte des Komparators festlegen. Dieser Komparator besteht dann in Wirklichkeit aus zwei unsymmetrischen Komparatorea Die Stromimpulse haben bei dem schematisch im oberen Teil von F i g. 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 Eintritts-

f.'i M

lichtbündels, 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-X' der Ablenkvorrichtung umzulenken, die beispielsweise an einem links befindlichen Fernrohr befestigt ist. Die Prismen 11 und 11a liegen symmetrisch in bezug auf die sie trennende diametrale Ebene. Jedes Prisma, beispielsv?oise das Prisma 11, hat die Form eines Zylinderabschnitts mit der Achse X-X', dessen ebene Stirnflächen zu einer senkrecht zur Achse X-X' 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 μΐη und im nahen Infrarotbereich erhalten wird.

Die Prismen 11 und 11a sind so gelagert, daß sie sich um die Achse X-X'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 bzw. 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 35. Der Stator kann aus aufeinandergestapelten und durch ein Magnetjoch 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 Strömzufühningsdrähien versehen, die aus dem Gehäuse nach außen führen.

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 «ine der Geraden Δ \ und der andere der Geraden Δ2 von F i g. 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-6-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 Isolierring 38 befestigt sind. Der Läufer 39, der allein in F i g. 5 sichtbar ist, hat einen ersten Schleifer, der auf der Spur des Rings 37 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 Gewindestangen 42 und Muttern 43 befestigt. Die Gewindestangen 42 halten ferner einen Träger 44 fest, in dem eine halbdurchlässige Platte 45 montiert ist. Diese Platte ermöglicht es, dem Bild, das von dem mit einer Ablage eintretenden Lichtbündel geliefert wurde, das Bild einer Bezugsskala zu überlagern. Das Bild dieser Skala, das durch die in die Vorrichtung durch ein Fenster 46 entlang der Achse Y-Y' 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, dj'" 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsbündels, die es ermöglicht, die Ablage des Bündels in eine Sollrichtung zu bringen, die durch ihre Koordinaten accundßc'm zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen, insbesondere in der Hchenrichtung und der Seitenrichtung bestimmrist, 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 Verstel- lung des abgelenkten Bündels zu der vorbestimmten Richtung hin oder von der vorbestimmten Richtung weg verursacht

gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bestimmung des Vorzeichens der Ausdrücke

liefert, deren Amplituden dem Sinus bzw. dem Cosinus des Orientierungswinkels des Prismas in bezug auf eine vorbestimmte Ursprungsrichtung proportional sind, und daß Schaltungen vorgesehen sind, welche aus den von den Detektoren gelieferten Signalen die Richtung in bezug auf Achsen liefert, die im Winkel von 45° zur Ursprungsrichtung stehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, 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 drehen, oder mit solcher Polarität, daß sich die Motoren in entgegengesetzter Richtung drehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen so ausgebildet sind, daß sie es ermöglichen, die Ablage des Bündels in jeder beliebigen Richtung in einen der vier Quandranten zu bringen, die durch die Ursprungsrichtung und die dazu senkrechte Richtung begrenzt sind.