DE2807496A1

DE2807496A1 - Vorrichtung zur lagestabilisierung der beobachtungsrichtung eines optischen systems fuer eine panoramabeobachtung

Info

Publication number: DE2807496A1
Application number: DE19782807496
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Baudot
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1978-08-24
Also published as: NL7801746A; SE425195B; FR2382020B1; NL175554C; US4210385A; NL175554B; IT7820474A0; SE7802065L; GB1595671A; FR2382020A1; CH620033A5; IT1094228B; DE2807496B2; DE2807496C3

Description

PETER-C. SROKA 4DOSSELDORFiI

patentanwalt dominlkanerstr.37, postfach728

Telefon (0211)574022 telegr. patentbrydces deisseldorf

2o. Februar 1978 I-48o1 -14/8

Societe Anonyme de Telecommunications Paris / Frankreich

Vorrichtung zur Lagestabilisierung der Beobachtungsrichtung eines optischen Systems für eine Panoramabeobachtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Lage der Beobachtungsrichtung eines die Form eines von einem Fahrzeug getragenen Periskops aufweisenden optischen Systems, das ein drehbar in dem Fahrzeug gelagertes Visierrohr, ein an dem Fahrzeug montiertes Antriebsorgan für den Rotationsantrieb des Visierrohres um seine optische Achse, und einen an dem oberen Ende des Visierrohres angebrachten Umlenkspiegel umfaßt, der um eine senkrecht zur optischen Achse des Visierrohres liegende Achse verschwenkbar ist.

Derartige Vorrichtungen dienen zur Panoramabeobachtung von einem Fahrzeug aus.

Bei den bekannten Beobachtungssystemen wird für die optische Achse des Visierrohres eine vertikale Stellung gewählt, und die Beobachtungsrichtung wird, soweit es deren Lage betrifft durch die Winkelstellung des beweglichen Spiegels bestimmt. Es ist klar, daß für eine gegebenen Position des Spiegels die Lage der Beobachtungsrichtung während der Panoramaabtastung

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bzw. Panoramabeobachtung nur dann konstant gehalten werden kann, wenn die optische Achse des Visierrohres, die auch die Rotationsachse bei der Panoramabewegung ist, eine genaue vertikale Stellung hat.

Aufgrund der Tatsache, daß das optische System von einem Fahrzeug getragen wird, ist es in der Praxis schwierig und in der Regel auch unmöglich, die optische Achse des Visierrohres in einer vertikalen Stellung zu halten. Um diesen Sachverhalt zu berücksichtigen, besteht die Möglichkeit, das optische System an dem Fahrzeug mittels einer Kardanaufhängung zu befestigen, die von einem Gyroskopsystem stabilisiert ist; eine derartige Lösung ist jedoch in der Praxis infolge der Komplexität und des Raumbedarfes der dafür notwendigen Einrichtungen nicht verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrer Konstruktion einfache Vorrichtung zur Lagestabilisierung der Beobachtungsrichtung eines auf einem Fahrzeug montierten Systems für eine Panoramaüberwachung bzw. -beobachtung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kugellagerring, dessen Achse mittels an dem Fahrzeug angebrachter Halterungselemente in eine vertikale Stellung bringbar ist, einen auf den Kugellagering geführten Stützkörper, der ein in vertikaler Richtung verstellbares Element trägt, an dem ein in seiner Länge veränderliches Kupplungselement verschwenkbar montiert ist, an dem eine Welle befestigt ist, die die Achse des Kugellagerringes schneidet, Einrichtungen, um der Welle eine Rotationsbewegung zu erteilen, die mit der Rotationsbewegung des Visierrohres identisch ist, und Einrichtungen aufweist, die an der Achse des Umlenkspiegels angreifen, um die WinkelVerlagerung im Verhältnis von 1/2 zu übertragen.

Mit einem derartigen System erhält man eine hinsichtlich

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der Lage konstante Beobachtungs- bzw„ Blickrichtung, da dann, wenn sich die Stellung der optischen Achse des Visierrohres um einen Winkel o( verändert, daraus eine Winkelverlagerung des Spiegels um einen Wert °( /2 resultiert, durch die die Lageveränderung der optischen Achse des Visierrohres genau kompensiert wird. Die zum erreichen dieses Zieles notwendigen Mittel sind außerordentlich einfach und wenig störanfällig, da die Konstruktionselemente, die dazu benötigt werden^ eine bestimmte Einrichtung in einer Horizontalebene zu halten,, einfach sind und wenig Gewicht haben_o Das Visierrohr selbst ist fest an dem Fahrzeug befestigte

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben= Es zeigen?

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines periskopartigen optischen Systems, das mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung ausgerüstet ist?

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig» 1 dargestellten Visierrohres mit der zugeordneten Stabilisierungsvorrichtung;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Details' der erfindungsgemäßen und in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stabilisierungsvorrichtung, und

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Fahrzeugschassis 1, an dem ein Gehäuse 2 befestigt ist. In diesem Gehäuse ist mittels eines Kugellagers drehbar das Visierrohr 3 eines die Form eines Periskops aufweisenden optischen Systems gelagert. Das Visierrohr 3 kann über einen Zahnriemen 5 und Zahnräder 6, 7 oder andere geeignete Kupplungselemente um seine optische Achse bb· von einem an dem Gehäuse 2 befestigten Motor 4 in Rotation versetzt werden. Das optische System

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enthält weiterhin ein an das Visierrohr 3 angesetztes stationäres Okular 8. In dem Okular ist in üblicher Weise ein Prisma 11 montiert, das durch Getriebeelemente in Rotation versetzt werden kann, derart, daß es eine Winkelbewegung auszuführen vermag, die zweimal kleiner ist als diejenige des Visierrohrs 3. Die dafür vorgesehenen Getriebeelemente sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht in der Zeichnung enthalten.

Am oberen Ende des Visierrohres 3 ist ein Umlenkspiegel 9 montiert, der um eine senkrecht zur optischen Achse bb¹ liegende Achse beweglich ii,t. Die Winkelstellung des Spiegels 9 bestimmt die Lage der Beobachtungsrichtung c des Periskops. Oberhalb des Spiegels ist auf dem Fahrzeugschassis ein Schutzgehäuse 1o montiert, dessen Seitenwand aus durchsichtigem Material besteht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Position befindet sich das Fahrzeug auf einem geneigten Terrain, so daß die optische Achse bb¹ des an dem Fahrzeug angebrachten Visierrohres gegenüber der Vertikalen aa' um einen Winkel °( versetzt ist. Die im folgenden zu beschreibende Stabilisierungseinrichtung ermöglicht es, den Lagewinkel der Beobachtungsrichtung c während der Panorama-Abtastbewegung des Periskops konstant zu halten, wie auch immer infolge des Bodenreliefs die Veränderungen des Winkels zwischen der an das Fahrzeug gebundenen optischen Achse bb' und der Vertikalen aa¹ sein mögen.

Die Stabilisierungseinrichtung enthält einen Kugellagerring 2o, der an dem Gehäuse 2 mittels einer Kardanaufhängung befestigt ist und dessen Symmetrieachse demzufolge ständig mit der Vertikalen aa¹ übereinstimmt bzw. zusammenfällt. Der Kugellagerring 2o ist ein kreisringförmiges Organ, das um das Visierrohr 3 angeordnet ist und an sich diametral gegenüberliegenden Zapfen 21, 21' befestigt ist, die drehbar von einem Zwischenring 22 getragen sind. Der Zapfen 21 wird von

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einem Motor 23 mittels eines zwischengeschalteten Reduziergetriebes angetrieben, beispielsweise eines Schneckentriebes. Der Motor 23 ist an ein Winkelanzeigegerät 24 angeschlossen, derart, daß die Winkelstellung der Zapfen 21, 21' in Abhängigkeit von einer Information gesteuert bzw. beeinflußt werden kann, die von einer äußeren Vertikalzentrale gegeben wird, die in nicht dargestellter Weise an dem Fahrzeug angebracht bzw. vorgesehen ist.

Der Zwischenring 22 ist in vergleichbarer Weise an sich diametral gegenüberliegenden Zapfen 25," 25' gelagert bzw. befestigt, die drehbar an dem Gehäuse 2 montiert sind. Der Zapfen 25 wird wie der Zapfen 21 von einem Motor 26 über ein Reduziergetriebe angetrieben, das eine Schnecke 27 und ein Ritzel 28 umfaßt. Der Motor 26 ist einem Winkelanzeigegerät 29 zugeordnet, das an eine äußere Vertikalzentrale angeschlossen ist, derart, daß durch die Winkelstellung der Zapfen 25, 25' in Abhängigkeit von einer von der Zentrale gegebenen Information gesteuert wird.

Die Zapfen 25, 25' sind relativ zum Gehäuse 2 derart montiert, daß ihre geometrische Achse die optische Achse bb¹ des Visierrohres schneidet. Die geometrische Achse der Zapfen 21, 21' schneidet ebenfalls die optische Achse bb'.

Der Kugellagerring 2o definiert somit ständig die Horizontale, und die Winkelstellung des Spiegels 9 wird somit von einer durch den Kugellagerring 2o gelieferten Bezugsgröße bestimmt, wobei die Verbindung zwischen dem Kugellagerring 2o und dem Spiegel im folgenden an Hand der Fig. 2 und 3 beschrieben wird.

Der Kugellagerring 2o wird im wesentlichen durch einen Zylinderring 3o gebildet, an dessen beiden Stirnseiten Druckkugellager 31, 31' montiert sind. Die Druckkugellager 31, 31' dienen unter Zwischenschaltung von winkelförmigen Halterungen 33, 33' zur Führung eines Stütz- bzw. Tragkörpers 32. Der Stützkörper 32 weist an seinen Enden Ansätze 34, 34' auf, zwischen denen

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eine Schnecke 35 drehbar gelagert ist, auf der eine Mutter 36 geführt ist, deren Winkelstellung durch den Stützkörper 32 bestimmt ist. Der obere Ansatz 34 trägt den Motor 37 für die Schnecke 35 sowie ein Winkelanzeigegerät 38, das die Position der Mutter 36 und damit deren vertikale Stellung beeinflußt bzw. steuert.

In Fig. 3 sind die elektrischen Anschlußleitungen symbolisch dargestellt, ebenso wie die Schleifringe 39, die dazu dienen, den Motor 37 mit Strom zu versorgen und das Ausgangssignal des Winkelanzeigegerätes 38 abzunehmen.

Die Mutter 36 trägt eine Achse 4o, auf der schwenkbar eine Stange 41 gelagert ist, die mit einer Bohrung versehen ist. In dieser Bohrung ist gleitend das Ende eines Schaftes 42 gelagert, der an einem Bügel 43 befestigt ist, welcher relativ zum Visierrohr 3 schwenkbar um eine Achse montiert ist, die die optische Achse bb¹ und die Achse der Zapfen 25, 25' der Kardanaufhängung schneidet. Die Schwenkverbindung kann auf verschiedene Weise realisiert sein, beispielsweise mittels Zapfen, die an dem Visierrohr 3 an sich diametral gegenüberliegenden Punkten befestigt sind und den Bügel 43 tragen. Die geometrische Verbindungsachse, die durch den Bügel 43, den Schaft 42 und die Hohlstange 21 gebildet wird, ist somit gegenüber der durch den Kugellagerring 2o definierten Horizontalebene um einen Lagewinkel S geneigt, der von der Position der Mutter 36 abhängt. Die Teleskopverbindung zwischen Stange 41 und Schaft 42 ermöglicht es weiterhin, die Verbindungslänge an die Position der Mutter 36 anzupassen, wobei diese Länge um so größer ist, je größer der absolute Wert des Lagewinkels S ist.

Die Winkelstellung des Bügels 43 wird auf den Umlenkspiegel 9 mittels eines Übertragungssystemes übertragen, welches in geeigneter Weise eine Riemenscheibe 44, die an dem Bügel 33 befestigt und auf dessen Schwenkachse zentriert ist, eine Riemenscheibe 45, die auf der Achse des Spiegels 9 befestigt

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ist, und zwei Metallbänder 46, 47 umfaßt, die zwischen den Riemenscheiben 44 und 45 befestigt bzw. eingespannt sind. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Riemenscheibe 44 an zwei Punkten an dem Bügel 43 befestigt derart, daß die Riemenscheibe 44 gegenüber dem Bügel 43 nicht rotieren kann.

Der Durchmesser der Riemenscheibe 45 ist doppelt so groß wie der Durchmesser der Riemenscheibe 44, so daß eine Winkelabweichung c( der Achse des Visierrohres gegenüber der Vertikalen a a¹ dazu führt, die Winkelstellung des Spiegels 9 um einen Winkel o(/2 zu verändern. Es versteht sich, daß eine derartige Winkelverstellung des Spiegels die Abweichung o( kompensiert, und daß dadurch die Beobachtungsrichtung c ständig parallel zur geometrischen Achse des Schaftes 42 ist, wodurch eine konstante Lage gleich dem oben genannten Winkel S beibehalten wird.

Es ist weiterhin ersichtlich, daß der Lagewinkel F positiv, negativ oder gleich Null gewählt werden kann.

Es besteht auch die Möglichkeit einer anderen Ausführungsform, bei der die Vorrichtung, die den Lagewinkel S definiert, von dem optischen System getrennt ist, wobei die übertragung auf elektrischem Wege erfolgt. Diese Ausführungsform ist schematisch in Fig. 4 dargestellt, bei der die mit der ersten Ausführungsform übereinstimmenden Konstruktionselemente jeweils die gleiche, jedoch um 1oo erhöhte Bezugsziffer tragen wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 ist der mittels einer Kardanaufhängung mit dem Fahrzeug in Verbindung stehende Kugellagerring 12o nicht um das Visierrohr 1o3 gelegt, sondern dieser Kugellagerring 12o ist mittels einer Kardanaufhängung an einem getrennten und an dem Fahrzeug befestigten Gehäuse 115 angebracht; der Bügel 143 ist schwenkbar auf einer Welle 15o montiert, die von einem Motor 151 um die Vertikalachse

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-lodes Kugellagerringes 12o in Rotation versetzbar ist. Ein Motor 152 dient zur Veränderung der Winkelstellung des Spiegels 1o9.

Die Anordnung ist so eingerichtet, daß einerseits der Motor 151 auf die bewegliche Einrichtung, die insbesondere den Bügel 143 und den Stützkörper 132 umfaßt, eine Bewegung erteilen kann, die mit der Panoramabewegung identisch ist, die das Visierrohr 1o3 unter dem Einfluß des Motors 1o4 ausführt, während andererseits, wenn die Welle 15o sich um einen Winkel

dreht, der Spiegel 1o9 um einen Winkel o( /2 verschwenkt wird.

Die praktische Ausführung und Benutzung der erfindungsgemäßen Anordnung ist für den Fachmann problemlos. Um die Panoramabewegung zu reproduzieren, steuert man den Motor 151 derart, daß er die Wirkungsweise des Motors 1o4 kopiert, indem man ein dem Motor 1o4 zugeordnetes Winkelanzeigegerät 153 und ein dem Motor 151 zugeordnetes Winkelanzeigegerät 154 vorsieht, das an das Winkelanzeigegerät 153 angeschlossen ist bzw. damit in Verbindung steht. Um die Position des Spiegels 1o9 zu steuern, steuert man außerdem den Motor 152 in Abhängigkeit von der Winkelposition der Welle 15o, indem man ein auf der Welle 15o montiertes Winkelanzeigegerät 155 und ein dem Motor 152 zugeordnetes Winkelanzeigegerät 156 vorsieht, das an das Winkelanzeigegerät 155 angeschlossen ist bzw. damit in Verbindung steht, derart, daß der Abweichungswinkel durch die Ziffer 2 dividiert wird. Die elektrischen Anschlußelemente sind von üblicher Art, so daß deren Beschreibung überflüssig ist.

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Claims

1. I Vorrichtung zur Stabilisierung der Lage der Beobachtungs- ^y/ richtung eines die Form eines von einem Fahrzeug getragenen Periskops aufweisenden optischen Systems, das ein drehbar in dem Fahrzeug gelagertes Visierrohr, ein an dem Fahrzeug montiertes Antriebsorgan für den Rotationsantrieb des Visierrohres um seine optische Achse, und einen an dem oberen Ende des Visierrohres angebrachten Umlenkspiegel umfaßt, der um eine senkrecht zur optischen Achse des Visierrohres liegende Achse verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kugellagerring (2o, 12o), dessen Achse mittels an dem Fahrzeug angebrachter Halterungselemente in eine vertikale Stellung bringbar ist, einen auf dem Kugellagerring (2o, 12o) geführten Stützkörper (32, 132), der ein in vertikaler Richtung verstellbares Element (36) trägt, an dem ein in seiner Länge veränderliches Kupplungselement (41, 42, 43j 143) verschwenkbar montiert ist, an dem eine Welle befestigt ist, die die Achse des Kugellagerringes (2o, 12o) schneidet, Einrichtungen, um der Welle eine Rotationsbewegung zu erteilen, die mit der Rotationsbewegung des Visierrohres (3, 1o3) identisch ist, und Einrichtungen aufweist, die an der Achse des Umlenkspiegels (9, 1o9) angreifen, um die Winkelverlagerung im Verhältnis von 1/2 zu übertragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement zwei insbesondere teleskopartig relativ zueinander verschiebbare Organe (41, 42) aufweist, von denen das eine Organ (41) schwenkbar an dem in vertikaler Richtung verstellbaren Element (36) montiert ist, während das andere Organ (42) in seiner Verlängerung einen Bügel (43, 143) enthält, der an der Welle befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in vertikaler Richtung verstellbare

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Element eine Mutter (36) ist, die auf einer Schnecke (35) läuft, die von dem auf dem Kugellagerring (2o_f 12o) geführten Stützkörper (32, 132) getragen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle relativ zum Visierrohr (3, 1o3) drehbar gelagert ist und die Achse der Welle die optische Achse des Visierrohres schneidet und parallel zur Achse des Spiegels (9, 1o9) liegt, und daß ein an der Achse bzw. Welle des Spiegels angreifender übertragungsmechanismus vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten an das Antriebsorgan angeschlossenen Motor umfaßt, der dazu dient, der Welle eine Rotationsbewegung um die mit der Visierrohrachse identische Achse zu erteilen, daß ein auf der Welle befestigtes Winkelanzeigegerät vorgesehen ist, und daß ein zweiter Motor vorhanden ist, um den an das Winkelanzeigegerät angeschlossenen Spiegel zu einer Rotationsbewegung anzutreiben, wobei der zweite Motor derart arbeitet bzw. gesteuert ist, daß die Winkelbewegung, die er dem Spiegel erteilt, gleich der Hälfte der von dem Winkelanzeigegerät festgestellten Winkelbewegung ist.

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