DE2454883A1

DE2454883A1 - Optischer korrelationsentfernungsmesser

Info

Publication number: DE2454883A1
Application number: DE19742454883
Authority: DE
Inventors: Knut Heitmann; Ludwig Dr Leitz; Horst Schmidt
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1976-05-26
Also published as: JPS6135485B2; FR2292246B2; US4071772A; DE2454883C2; CH592295A5; GB1510836A; IT1055692B; JPS5173462A; FR2292246A2

Description

UnttrZeidMi» A 1987/B 2845 633 Wetzlar,d.n, 18. November

Pat Lü/Hz

Optischer Korrelationsentfernungsmesser

Es ist bekannt, bei zweiäugigen Entfernungsmessern Maßnahmen vorzusehen, welche es möglich machen, eventuelle, zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führende mechanische Veränderungen im Aufbau des Entfernungsmessers in ihren Auswirkungen zu eliminieren. Insbesondere wird dazu ein biaxialer Kollimator benutzt, mit dessen Hilfe zwei Leuchtmarken in die beiden Strahlengänge in Richtung der einfallenden Objektstrahlung projiziert werden, deren Relativlage in Bezug auf die Bildlage des Ob jektes-.mittels Okularen festgestellt und verglichen werden kann.

Durch die OS 2 158 761 ist ein zweiäugiger Entfernungsmesser mit optischem Korrelator bekannt, bei welchem die beiden die Objektstrahlung erfassenden Meßstrahlengänge entweder gemeinsam oder je auf ein Meßraster gelenkt werden und auf diesem Bilder des Objektes erzeugen. Die sich aus dem Zusammenwirken der Bilder mit dem Meßraster bei einer Relativbewegung zwischen diesem Raster und den Bildern ergebenden Lichtflüsse werden mittels eines Empfängersystems in elektrische Signale verwandelt, deren Eigenschaften ein Maß für die jeweilige Entfernung zwischen dem Objekt und dem Entfernungsmesser sind. Sie werden zur Anzeige und/oder zur Steuerung benutzt.

Es ist durch die Praxis bewiesen, daß bei gleicher Basis Entfernungsmesser der zweitgenannten Art wesentlich genauere Meßergebnisse erbringen als die Geräte der erstgenannten Art; dies allerdings nur, wenn die obengenannten mechanischen Veränderungen, beispielsweise infolge von Temperatureinflüssen, nicht auftreten bzw. eliminiert werden. Der

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oben beschriebene visuelle biaxiale Kollimator ist für eine Verwendung im Zusammenhang mit einem Kntfernungsmesser mit optischem Korrelator nicht brauchbar.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, für einen zweiäugigen Entfernungsmesser mit optischem Korrelator eine Einrichtung zu schaffen, die es gestattet, mit der hier erforderlichen Genauigkeit mechanische Veränderungen der eingangs genannten Art aufzuspüren und ihre Größe bzw. ihren Einfluß auf das Meßergebnis zu ermitteln bzw. zu eliminieren.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur automatischen Auswertung stereoskopischer Bilder mit Bestimmung des maximalen Korrelationsgrades von durch zwei Objektive entworfenen gleichartigen Bildern eines Gegenstandes^ beispielsweise für einen Entfernungsmesser, bei der die beiden Bilder einem bzw. zwei in ihren Strukturen identischen Ortsfrequenzfiltern überlagert werden und das dabei entstehende jeweilige Überlagerungssignal vorzugsweise je einem fotoelektrischen Empfänger zugeführt wird und die AusgangssignaIe der fotoelektrischen Empfänger zu Anzeige- und/oder Regelzwecken ausgenutzt werden, insbesondere nach Patent .(Patentanmeldung P 21 58 761.1), welche sich auszeichnet^· durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines mechanische, auf die Bildlage mindestens eines der Meßstrahlengänge wirkende Veränderungen aufzeigenden Referenzstrahlenganges, welchem mindestens ein fotoelektrischer Empfänger zugeordnet ist, dessen der bzw. den Veränderung(en) entsprechende AusgangssignaIe zur Anzeige und/oder Korrektur der Veränderung(en) bzw* der durch die Veränderung(en) bewirkten Effekte benutzt werden.

Dabei kann die Einrichtung einen biaxialen Kollimator enthalten, der so an die Meßstrahlengänge angekoppelt ist, daß die Marken dieses Kollimators auf einen mindestens eine Marke aufweisenden Markenträger abgebildet werden, und daß

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diesem Träger mindestens ein auf Variationen der Relativlage zwischen den projizierten Markenbildern und der Marke ansprechender fotoelektrischer Empfänger zugeordnet ist.

Mit Vorteil ist dabei der verwendete Markenträger ein Raster, wobei das Kollimatorraster diese Funktion mit übernehmen kann. Dies ist besonders günstig, wenn der biaxiale Kollimator als markenbild-bestimmende Bauteile Raster aufweist. In einer anderen Ausführungsform kann die Einrichtung eine Beleuchtungseinrichtung enthalten, mit welcher mindestens eine in einer optisch konjugierten Ebene des Systems ortsfest befindliche Marke beleuchtet und das so erzeugte Referenzstrahlenbündel der Einfallsrichtung der Objektstrahlung entgegen in den einen Meßstrahlengang eingeführt wird, daß optische. Mittel zur Überleitung des Referenzstrahlenbündels in den anderen Strahlengang und in Richtung des Einfalls der Objektstrahlung vorgesehen sind, wobei die Anordnung der Bauteile derart ist, daß der Referenzstrahlengang auf einen Markenträger mit mindestens einer Marke auf trifft, und daß. mindestens ein fotoelektrischer Empfänger zur Erzeugung von der Ablage des projizierten Markenbildes von einer Soilage entsprechenden Signalen vorgesehen ist. Dabei kann als die Struktur der projizierten Marke bestimmendes Bauteil ein Raster vorgesehen sein. Im letzteren Fall kann auch dem fotoelektrischen Empfänger als Markenträger einRaster zugeordnet sein.

Ausführungsbeispiele für die neue Einrichtung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen?

Fig. 1 einen zweiäugigen Entfernungsmesser mit optischem Korrelator und biaxialem Kollimator spezieller Art,

Fig. 1a die Bildebene des Korrelators mit gemeinsamem Raster,

Fig. 2 einen zweiäugigen Entfernungsmesser mit optischem Korrelator und Einfachprojektor,

-Fig. 2a die Bildebene des Korrelators mit gemeinsamem Emp— fangsraster.

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In Fig_u 1 ist ein grundsätzlich nach den Regeln der obengenannten Patentschrift aufgebauter zweiäugiger Entfernungsmesser dargestellt. Von zwei Objektiven 1o und 11 wird das nicht mit dargestellte Objekt über Umlenkspiegel in Form zweier Pentaprismen 12, 13 sowie zwischen diese geschaltete Umlenkspiegel in Form eines Dachkanten^prismas 14 in eine Bildebene 15 abgebildet, in der sich ein Korrelationsraster 16 befindet. Letzteres ist mit einer zwei Öffnungen aufweisenden Bildfeldblende 16a versehen und in seiner Ebene verschiebbar gelagert. Ferner sind nicht mit dargestellte Antriebsmittel zur oszillatorischen Bewegung des Rasters 16 vorgesehen. Der Doppelpfeil symbolisiert diese Bewegung. Dem Raster sind zwei fotoelektrische Empfänger 17» 18 nachgeschaltet, deren Ausgangssignale zu Anzeige- und/oder Regelzwecken ausgenutzt werden. Zusätzlich ist in den Strahlengang des einen Meßstrahls ein Teiler 19 eingefügt, welcher die visuelle Anvisierung und Beobachtung des Objektes über ein Okular 19* erlaubt. Nicht mit dargestellt sind die bei einem Entfernungsmesser bekannten und notwendigen optischen Mittel zur Einstellung des parallaktischen Winkels, z.B. Schiebelinsen, Drehkeilpaare usw.

Zusätzlich ist ein biaxialer Kollimator vorgesehen, welcher zwei Lampen 2o, 21 mit Umlenkspiegeln 2o', 21' aufweist. J_ede Lampe beleuchtet einen Markenträger 22, 23 und bildet diesen über je ein optisches System 25, 24 ab. Mittels zweier als Pentaprismen mit aufgekittetem Ausgleichskeil ausgestalteter Teilegruppen 26, 27 werden die die optischen Systeme 25, 24 verlassenden Strahlenbündel an die Meßstrahlenbündel angekoppelt und durchlaufen bis zur Bildebene 15 mit diesen gemeinsam die Bauteile 1o bis 14. Dabei aber ist die räumliche Lagerung der Kollimatorbauteile derart, daß die vom Kollimator erzeugten Bilder die Bilder der Meßstrahlengänge nicht beeinträchtigen. Im dargestellten Fall werden die Kollimator-Markenbilder auf das Korrelatorraster mit abge-

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bildet, allerdings bezogen auf die Gitterbewegung in einer anderen Zellenlage (Fig. 1a). Den Bereichen der Kollimator-Markeribilder 3ind getrennte fotoelektrische Empfänger 28, zugeordnet, deren Ausgangssignale ein Maß für mechanische, auf die Bildlage mindestens eines der Meßstrahlengänge wirkenden Veränderung(en) ist. Sie können entweder zur Ingangsetzung einer kompensierenden Steuerung oder zur rechnerischen Berücksichtigung verwendet werden.

Variationen des soweit Beschriebenen sind möglich. So ist es einmal möglich, jeweils zwei fotoelektrische Empfänger einer Zuordnung durch einen einzigen Empfänger zu ersetzen, wenn man dafür sorgt, daß die beiden zugeordneten Strahlengänge wechselweise, gegebenenfalls sogar unter ZwiscTienschaltung einer Dunkelpause, den Empfänger beaufschlagen. Die Markenträger 22, 23 können sowohl dls Lochblende als auch als Raster ausgebildet sein. Auch ist es möglich, die Markenträger 22, 23 nicht auf das in der Bildebene 15 befindliche Korrelationsraster 16, sondern auf ein oder mehrere, gegebenenfalls bezüglich ihrer Bewegung mit dem Raster 16 direkt oder indiidet gekoppelte weitere Raster abzubilden. Die Kollimator-Marken können auch statt auf ein Raster auf eine Spalt- oder Lochblende abgebildet werden. Auch ist eine spektrale Trennung der den Meßstrahlengängen und den Referenzstrahlengängen zugehörigen Lichtflüsse möglich.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes gezeigt, bei welcher die Bauteile 1o bis 14 und 16 bis 18 den Bauteilen nach Fig. 1 entsprechen. Hier wird mittels einer aus Lampe 3° und Kondensor 31 bestehenden Beleuchtungseinrichtung ein in einer konjugierten Ebene ortsfest befindliches Raster 32 der Einfallsrichtung der Objektstrahlung entgegen in den linken Meßstrahlengang projiziert. Mittels eines durch aufgekitteten Keil ergänzten und selektiv spektral verspiegelten und daher einen Lichtaustritt in Richtung

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des Objekts vorhindernden Pentaprismas 33 wird der Pro-Jektionsstrahlengang dann aus diesem Meßstrahlengang ausgekoppelt und in die Richtung des anderen Meßstrahlenganges gelenkt, wo ein entsprechendes Pentaprisma "}k das Projektionsstrahlenbündel an letzteren ankoppelt. Es durchläuft zusammen mit letzterem die weitere Anordnung bis zur Bildebene 15j in welcher es auf einem dem Raster 32 angepaßten Raster ein Bild des ersteren erzeugt. Die aus dem Zusammenwirken von Projektionsbild und Raster sich ergebenden Lichtflüsse werden mittels eines f oaboelektrischen Empfänger sy st ems 4o, welches in Analogie zum oben Gesagten mindestens einen fotoelektrischen Empfänger aufweist, in elektrische Signale umgeformt, die im Hinblick auf eine Anzeige und/öder auf eine Elimination von mechanischen, auf die Bildlage mindestens eines der Meßstrahlengänge wirkenden Veränderungen ausgewertet werden» Wie aus Fig. 2a zu ersehen ist, wird hier als Empfängerraster für den Projektionsstrahlengang das Korrelatorgitter 16 selbst verwendet.

Auch zu diesem Ausführungsbeispiel sind Variationen möglich. So kann beispielsweise an die Stelle des Rasters 32 eine Spaltblende treten. In diesem Fall kann das Empfängerraster des Projektionsstrahlenganges auch durch eine Spalt- oder Doppelspaltblende ersetzt sein. Auch die Anordnung eines oder beider dem Projektionsstrahlengang zugeordneter Raster bzw. Blenden in anderen als der gezeigten konjugierten Ebene ist möglich. Des weiteren kann als die Struktur der projizierten Marke bestimmendes Bauteil ein schwingender Markenträger vorgesehen sein. In diesem Fall ist der dem fotoelektrischen Empfänger zugeordnete Markenträger ortsfest zu lagern.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß anstelle mindestens eines fotoelektrischen Empfängers samt dem ihm zu-

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geordneten Raster ein mehrfach unterteiltes fotoelektrisches Empfängersystem verwendet werden kann, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung Array-Zellen bekannt
geworden ist.

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Claims

■ ρ -

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Ansprüche

1y Einrichtung zur automatischen Auswertung stereoskopischer Bilder mit Bestimmung des maximalen Korrelationsgrades von durch zwei Objektive entworfenen gleichartigen Bildern eines Gegenstandes, beispielsweise für einen Entfernungsmesser, bei der die beiden Bilder einem bzw. zwei in ihren Strukturen identischen Ortsfrequenzfiltern überlagert werden und das dabei entstehende jeweilige Überlagerungssignal vorzugsweise je einem fotoelektrischen Empfänger zugeführt wird und die Ausgangssignale der fotoelektrischen Empfänger zu Anzeige- und/oder Regelzwecken ausgenutzt werden, nach Patent...........(Patentanmeldung P 21 58 761.1), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2o, 2o', 21, 21', 22 - 25; 30 - 34) zur Erzeuggung eines mechanische, auf die Bildlage mindestens eines der Meßstrahlengänge wirkende Veränderungen aufzeigenden Referenzstrahlenganges, welchem mindestens ein fotoelektrischer Empfänger (28, 29; 4o) zugeordnet ist, dessen der bzw. den Veränderung(en) entsprechende Ausgangssignale zur Anzeige und/oder Korrektur der Veränderung(en) bzw. der durch die Veränderung(en) bewirkten Effekte benutzt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung einen biaxialen Kollimator (2o, 2ö ', 21, 21 ·, 22 - 25) enthält, der so an die Meßstr&hlengänge gekoppelt ist, daß die Marken dieses Kollimators auf einen mindestens eine Marke aufweisenden Markenträger (16) abgebildet werden, und daß diesem Träger mindestens ein auf Variationen der Relativlage -/zwischen den projizierten Markenbildern und der Marke ansprechender fotoelektrischer Empfänger (28, 29) zugeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Markenträger (16) ein Raster ist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß als Markenträger für die Kollimatorbilder und für die Meßstrahlengänge ein Raster (16) gemeinsam verwendet wird.
5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der biaxiale Kollimator als markenbildbestimmende Bauteile (22, 23) Raster aufweist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Beleuchtungseinrichtung (3o, 31) enthält, mit welcher mindestens eine in einer optisch konjugierten Ebene des Systems ortsfest befindlichen Marke
(32) beleuchtet und das so erzeugte Referenzstrahlenbündel der Einfallsrichtung der Objektstrahlung entgegen in den einen Meßstrahlengang eingeführt wird, daß optische
Mittel (33» 3*0 ^zur Überleitung des Referenzstrahlenbündels in den anderen Strahlengang und in Richtung des Einfalls der Objektstrablung vorgesehen sind, wobei die Anordnung der Bauteile derart ist, daß der Referenzstrahlengang auf einen Markenträger (16) mit mindestens einer Marke auftrifft, und daß mindestens ein fotoelektrischer Empfänger (4o) zur Erzeugung von der Ablage des projizierten Markenbildes von einer Sollage entsprechenden Signalen
vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als die Struktur der projizierfen Maske bestimmendes Bauteil ein Raster (32) vorgesehen ist.

B, Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem fotoelektrischen Empfänger als Markenträger ein Raster (16) zugeordnet ist.

ο Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

θ S

durch gekennzeichnet, daß anstelle wenigstens ein fotoelektrischen Empfängers samt dem ihm zugeordneten Raster ein mehrfach unterteiltes fotoelektrisches Empfängersystera
(Array-Zelle) vorgesehen ist.

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