DE2456922C2

DE2456922C2 - Einrichtung zur Messung der relativen Entfernung

Info

Publication number: DE2456922C2
Application number: DE2456922A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Phys. 6330 Wetzlar Probst
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1974-12-02
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE2456922A1

Description

Die Anmeldung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der relativen Entfernung eines Objektges zu einem Bezugssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, vorteilhafte Ausgestaltungen zum Beschriebenen zu entwickeln, welche verbesserte Signalqualitäten liefern bzw. welche die Aufbauten zur Durchführung des Verfahrens vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, Ausführungsbeispiele für die neue Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Grundprinzip sowohl der projizicrcndcn Vorrichtung als auch des Bildkorrciators:

F i g. 2a bis 2c unterschiedliche Möglichkeiten zur Erzeugung der Modulation des projizierendcn Strahlenganges:

Fig.3 eine Ausführungsforin mit gemeinsamem Objekliv für Bildkorrelator und projizierende Vorrichtung;

F i g. 4 eine Ausführungsform mit gemeinsamem Objektiv und gemeinsamem Raster für Bildkorrelator und projizierende Vorrichtung;

F i g. 5 eine Ausführungsform der projizierenden Vorrichtung mit mehreren untereinander unterschiedlichen und unterschiedlich montierten Rastern.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines optischen Bildkorrelators sowie einer mit diesem zusammenwirkenden Vorrichtung zum Projizieren einer Struktur. Bei dieser Vorrichtung beleuchtet eine Lichtquelle 10 über einen Kondensator 11 ein Raster 12, das über ein Objektiv 14 auf das Objekt abgebildet wird, wobei wegen der speziellen Rasterform im Objektiv zwei Lichtquellenbilder 10', 10" erzeugt werden. Ein Antrieb 13 bewegt das Raster 12 oszillierend senkrecht zur optischen Achse, wie dies durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Das nicht mit dargestellte Objekt einschließlich der auf es projizierten Rasterstruktur wird vom Objektiv 16 des optischen Bildkorrelators auf das Raster 17 desselben abgebildet.

Über eine Optik 18 sind diesem in getrennten, von den Eigenschaften des Rasters 17 und der Optik 18 bestimmten Bildorten je ein fotoelektrischer Empfänger 19, 20 nachgeordnet, welche Lichtflüsse empfangen, deren Intensität vom Zusammenwirken des Rasters 17 mit dem Bild des Objektes plus der projizierten Struktur abhängt. Die von den fotoelektrischen Empfängern 19, 20 abgegebenen elektrischen Signale werden im Hinblick auf die Messung der Entfernung zwischen dem Objektiv der projizierten Anordnung und dem Objekt ausgewertet.

Läßt man eines der Raster 12 oder 17 schwingen, so kann man die Ausgangssignale der Empfänger beispielsweise einem Gegentaktverstärker zuführen, in welchem bekanntlich Gleichstrom- und Störanteile eliminiert, die Amplituden der Signale aber addiert werden. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers wird dann bezüglich seiner Phasenlage mit einem vom Antrieb des schwingenden Rasters abgeleiteten Signal verglichen. Die jeweilige Phasenlage gibt dann direkt ein Maß für die Entfernung zwischen Objekt und Meßeinrichtung.

Will man auf die Oszillation der Raster verzichteten, so kann man durch Modulation des projizierenden Strahlenganges an den fotoelektrischen Empfängern Signale erzielen, deren Differenz direkt ein Maß für die Entfernung ist. Ausführungsbeispiele für derartige Einrichtungen sind in den F i g. 2a bis 2c gezeigt.

Beim Beispiel nach Fig. 2a wird die Lichtquelle 10 mittels einer Wechselspannung entsprechender Fre-

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mendes Bauteil ein Phasenraster enthält. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 7.

Der Vorteil der neuen Einrichtung liegt darin, daß einmal mit ihr Objektabstände auch über einen etwas größeren Bereich gemessen werden können und daß man wegen der benötigten geringeren Basisabstände zu sehr handlichen Geräteeinheiten kommt.

οϋ ^iicn^. gcä^ciSi. L^üiCii ^WiäCuciiäCiiäitüug cificS vjiciCnrichters 21 wird erreicht, daß lediglich die positiven Halbwellen dieser Spannung zur Wirkung kommen und dadurch das von der Lichtquelle abgegebene Licht im Takt der angegebenen Wechselspannung moduliert wird.

Beim Beispiel nach F i g. 2b ist als Lichtquelle eine Lumineszenzdiode 22 vorgesehen, die aus einem Impulsgenerator 23 gespeist wird.

Beim Beispiel nach Fig.2c ist als Lichtquelle eine Lampe 10 vorgesehen, welche mit Gleichspannung gespeist wird und daher einen gleichmäßigen Lichtfluß erzeugt. Im projizierenden Strahlengang ist zwischen das Raster 12 und das Objektiv 14 als Modulator eine umlaufende geschlitzte Blende 25 eingefügt, die mittels eines Motors 26 angetrieben wird. Wie aus der Detaildarstellung ersichtlich ist. weist die Blende 25 Radialschlitze 25' auf, durch welche der Lichtfluß zum Objekt in steter Folge freigegeben wird. Durch geeignete Wahl der Anzahl der Schlitze und der Umdrehungsgeschwindigkeit hat man es in der Hand, die Modulationsfrequenz zu wählen. Darüber hinaus aber läßt sich durch die Anzahl der Schlitze eine Gleichtakt- oder eine Gegentaktmodulation erreichen: bei gerader Anzahl der Schlitze ergibt sich eine Gleichtaktmodulation, bei ungerader Anzahl der Schlitze dagegen eine Gegentaktmodulation.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten daitir, wie die projizierende Vorrichtung in bezug auf den optischen Bildkorrelator angeordnet werden kann. Eine Möglichkeit ist bereits grundsätzlich in Fig. 1 gezeigt, wo die projizierende Vorrichtung 10 bis 13 mit einem gewissen Abstand vom Bildkorrelator 16 bis 20 angeordnet ist. Dabei ist zu beachten, daß die Raster 12 und 17 besser nicht in der dargestellten Lage, sondern um 90° gedreht, d. h. mit den Längsachsen ihrer Marken parallel zur Zeichenebene montiert werden, um zusätzliche Gitterparallaxen zu vermeiden.

Wegen der Verwendung eines den projizierendin Strahlengang aufspaltenden Rasters kann man auf den Abstand zwischen projizierender Vorrichtung und Bildkorrelator nahezu oder ganz verzichten. Ein Beispiel für die zweitgenannte Möglichkeit zeigt F i g. 3. Dort ist dem Raster 12 der projizierenden Anordnung ein Objektiv 30 nachgeschaltet, das gleichzeitig Eintrittsobjektiv für den Bildkorrelator ist, welcher im Winkel zur Richtung des Projektionsstrahlenganges angesetzt ist. Um den vom Objekt kommenden Lichtfluß auf sein Raster zu leiten, ist hinter dem Objektiv 30 ein Umlenkspiegel 34 vorgesehen. Durch geeignete Wahl der verwendeten Bauteile, insbesondere des Rasters 12 und des Objektivs 30 läßt es sich erreichen, daß der Spiegel 34 so klein gehalten werden kann, daß er den Projektionsstrahlengang nicht stört. Ein Antrieb 13' zur oszillierenden Bewegung des Rasters 12 längs der optischen Achse kann vorgesehen sein.

In Fig.4 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem sogar die projizierende Vorrichtung und der Bildkorrelator das Objektiv 30 und ein Raster 31 gemeinsam haben. Selbstverständlich bedarf in diesem Fall der Kondensor 32 einer besonders sorgfältigen Auswahl.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform für die projizierende Vorrichtung mit einem Raster 12', das p.-aktisch drei Raster mit untereinander unterschiedlichen Teilungsperioden g\, gi, gi und unterschiedlichen Orientierungen enthält. Bei Verwendung eines solchen Rasters sowohl bei der projizierenden Vorrichtung als auch beim Bildkorrelator bei entsprechender Lagerung der zugeordneten Empfänger im Bildkorrelator ist es mög- t>o lieh, mehrere Meßbereiche gleichzeitig oder aufeinanderfolgend zu erfassen.

Es ist leicht einzusehen, daß die beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiele zu Geräten führen, die in bezug auf das eingangs Beschriebene erheblich kleinere Abmessungen haben, was sich insbesondere bei der Anwendung dieser Geräte als Hilfsmittel zur Orientierung für Blinde vorteilhaft bemerkbar macht.

Variationen des Beschriebenen sind möglich. So kann beispielsweise auch nur ein fotoclektrischer Empfänger vorgesehen sein, der z. B. mittels schwingender Blende, schwingenden Prismas usw. abwechselnd den bisher durch die getrennten Empfänger bezeichneten Bildorten zugeordnet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der relativen Entfernung eines Objektes zu einem Bezugssystem, bei dem auf das Objekt mittels einer Vorrichtung eine Struktur projiziert und ein optischer Bildkorrelator mit mindestens einer Korrelationsstruktur verwendet wird, wobei die Form und die azimutale Orientierung der zu projizierenden Struktur an die Korrelationsstruktur angepaßt und mit dieser starr gekoppelt ist, mit einem mindestens einen Empfänger aufweisenden fotoelektrischen Empfängersystem, nach Patent 24 03 518, dadurch gekennzeichnet, daß die projizierende Vorrichtung (10 bis 14, S3') als strukturbestimmendes Bauteil ein Phasenraster (12, 31) enthält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenraster als Prismenraster (12, 31) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (13) zur Bewegung des Rasters (12) quer zur optischen Achse des Projektionsstrahlenganges vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (13') zur Bewegung des Rasters (12) längs der optischen Achse des Projektionsstrahlenganges vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Bildkorrelator (19, 20, 30 bis 32) und die projizierende Vorrichtung (10, 32 bis 30) ein gemeinsames Raster (31) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der projizierenden Vorrichtung (10 bis 14) vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger mehrere Raster (12') mit untereinander unterschiedlichen Winkelorientierungen vorgesehen sind, und daß im Bildkorrelator entsprechende Raster und fotoelektrische Empfänger unter entsprechenden Winkelorienticrungcn angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Modulieren des projizierten Strahlenganges vorgesehen sind.