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Flächendetektor, insbesondere Zielscheibe
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Plächendetektor zum Ermitteln
der Lage eines Auftreffpunktes eines Lichtstra.hles auf einer Fläche, insbesondere
auf eine Zielscheibe für einen Lichtstrahl aussendende Übungswaffen.
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Bei verschiedenen meßtechnischen Aufgaben kann sich das Problem ergeben,
den Auftreffpunkt eines Lichtstrahles auf einer Fläche, d.h. einem zweidimensionalen
Gebilde, zu bestimmen, beispielsweise bei Verwendung eines Lichtzeigers, der von
Hand ausgelenkt wird oder dann, wenn mit Hilfe von Spiegeln minimale Positionsänderungen
durch Reflektion eines Lichtstrahles an dem Spiegel vergrößert und damit meßbar
gemacht werden.
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Es ist auch bekannt, zum Üben mit Schußwaffen umgebaute Waffen zu
verwenden, die beim Üben kein Munition oder Übungsmunition verschießen sondern die
vielmehr mit einem Lichtsender ausgestattet sind, der in Richtung des Laufes einen
scharf gebündelten Lichtstrahl abgibt. Auf diese Weise wird Munition eingespart,
außerdem sind besondere Schallschutzeinrichtungen und insbesondere Sicherungsmaßnahmen
nicht erforderlich, weil durch das "Lichtschießen" niemand gefährdet werden kann.
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Im Folgenden wird unter "Abstand" bzw. "Winkel" des Auftreffpunktes
der Abstand vom Zentrum der Zielscheibe bzw.
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der Winkel zwischen der Verbindungslinie von Auftreffpunkt und Zentrum
mit der Waagrechten verstanden.
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Um den Auftreffpunkt des Lichtstrahles in einem der genannten Fälle
genau zu bestimmen, hat man sich bislang Flächendetektoren bedient, die mit einer
großen Anzahl auf der Flache verteilter lichtempfindlicher Sensoren versehen waren.
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Es liegt auf der Hand, daß derartige Detektoren außerordentlich aufwendig
sind und einen erheblichen Verdrahtungs- und Auswertaufwand erfordern, sofern man
eine nur einigermaßen hochwertige Auflösung bei der Messung des Auftreffpunktes
erzielen will.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flächendetektor,
insbesondere eine Zielscheibe, der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden,
daß mit verhältnismäßig geringem Meß- und Auswerteaufwand eine genaue Bestimmung
des Auftreffpunktes des Lichtstrahles möglich wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Detektor
mindestens einen flächigen Lumineszenzkörper aufweist, an dessen Rand mindestens
ein fotoempfindlicher Sensor angeschlossen ist und daß eine Auswerteschaltung aus
der Amplitude der Sensorsignale die Position des Auftreffpunktes, bezogen auf den
mindestens einen Sensor oder das Zentrum der Zielscheibe, ermittelt und anzeigt.
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Die Erfindung hat damit den wesentlichen Vorteil, daß der Meßaufwand
erheblich vereinfacht wird, weil der auftreffende Lichtstrahl eine lokal begrenzte
Lumineszenz im Körper auslöst und diese Beuchterscheinung durch am Rande des Lumineszenzkörpers
angeordnete Sensoren, im Extremfalle einen einzigen Sensor, leicht erfaßt und hinsichtlich
des Auftreffpunktes flächenhaft lokalisiert werden kann.
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Durch die geringe Anzahl notwendiger Sensoren wird auch der Verkabelungs-
und Auswertaufwand reduziert, außerdem können die Detektoren bzw. Zielscheiben mechanisch
robust ausgebildet werden, was insbesondere bei Zielscheiben, die blicherweise auch
im Freien verwendet werden, besonders erwünscht und vorteilhaft ist.
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Schließlich gestattet die einfache Auswertbarkeit es auch, bei Zielscheiben
mit geringem Aufwand die jeweils erzielte Ringzahl, und je nach Ausführungsform
der Erfindung, auch die Richtung der Abweichung vom Zentrum anzugeben bzw. mit geeigneten
Mitteln anzuzeigen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Lumineszenzkörper
der Zielscheibe bei auf die Vorderseite auftreffendem Lichtstrahl im Bereich auf
der Rückseite mit einer Mehrzahl von konzentrischen Ringen oder Mustern versehen,
insbesondere bedruckt.
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Um jedoch jedwede Störung der Lumineszenz und der Totalreflektion
auszuschalten, ist besonders bevorzugt, die Dinge bzw. Muster auf einen gesonderten
Träger im Abstand von der Rückseite anzuordnen.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Schütze das ihm gewohnte Bild
einer Zielscheibe wahrnimmt, ohne daß die auf die Rückseite aufgedruckten Ringe,
die aufgrund der Transparenz von Bumineszenzkörpern ohne weiteres von vorne sichtbar
sind, den Luminezzenzvorgang stören.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens
ein Sensor im Zentrum der konzentrischen Ringe angeordnet.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mit einem einzigen Sensor, d.h.
mit minimalem Aufwand, der Abstand vom Zentrum, d.h. der jeweils erzielte Ring einfach
ermittelt werden kann.
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Bei einer Weiterbildung dieser Variante ist der Lumineszenzkörper
im Bereich des Zentrums der Ringe nach Art eines Trichters aus der Fläche des Lumineszenzkörpers
herausgeformt und der Sensor befindet sich vor der Mündung des Trichters.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein üblicher flachenhaC-ter fotoempfindlicher
Sensor Verwendung finden kann, der aufgrund der trichterförmigen Ausbildung des
Lumineszenzkörpers die Zielscheibe unter dem gesamten Winkel von 360° erfaßt. Die
Umlenkung des vom Auftreffpunkt des Lichtstrahles herrührenden Limineszenzlichtes
ist dabei durch Totalreflektion an den Oberflächen des Lumineszenzkörpers gewshrleistet.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der Bumineszenzkörper
ebenfalls trichterförmig herausgeformt sein kann, ist der Bumineszenzkörper im Bereich
des Zentrums der Ringe mit einer Mehrzahl von im Kreis verteilten Sektorsensoren
versehen, die auf jeweils einen Sektor der Zielscheibe gerichtet sind.
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Die Maßnahme hat den Vorteil, daß zumindest innerhalb von Sektoren,
beispielsweise jeweils 450-Sektoren eine zusatzliche Aussage darüber möglich ist,
in welcher Richtung der Auftreffpunkt vom Zentrum abweicht, so daß die Übungswaffe
entsprechend nachgestellt oder das Schießverhalten des Schützen entsprechend korrigiert
werden kann, wie man dies von herkömmlichen Zielscheiben her kennt.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, die Sektoren durch optische Trennungen
von einander abzuteilen, so daß ein auf einen bestimmten Sektor a-uftreffender Lichtstrahl
nur auf den jeweils zugeordneten Sektorsensor einwirkt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Lumineszenzkörper
im Bereich des Zentrums der Ringe mit einem geschlitzten Lumineszenz-Ringkörper
versehen, der an mindestens einer Grenzfläche des Schlitzes mit einem Sensor versehen
ist.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Winkel der Abweichung vom
Zentrum der Ringe mit einem oder zwei Sensoren bestimmt werden kann.
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Der Ringkörper braucht dabei jedoch nicht im Zentrum der Ringe angeordnet
zu sein, er kann vielmehr in beliebiger radialer Position konzentrisch zu den Ringen
der Zielscheibe angeordnet sein, beispielsweise auch außerhalb der Ringe.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist, vorzugsweise auf
einer Platte, eine Mehrzahl von konzentrischen, geschlitzten Lumineszenz-Ringkörpern
angeordnet, die an mindestens einer Grenzfläche des Schlitzes mit einem Sensor versehen
sind.
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Diese Maßnahme gestattet es, sowohl den Abstand wie auch den Winkel
des Auftreffpunktes festzustellen, weil der jeweils getroffene Ring ein Maß für
den Abstand und die Lage des Auftreffpunktes auf dem Ring ein Maß für den Winkel
ist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist, vorzugsweise auf
einer Platte, ein Bumineszenz-Spiralkörper angeordnet, der an mindestens einer Endfläche
mit einem Sensor versehen ist.
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Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, daß mit Hilfe eines einzigen
oder zweier Sensoren sowohl der Abstand wie auch der Winkel relativ zum Zentrum
der Ringe bestimmt werden kann, weil jeder Längenposition auf der Spirale jeweils
ein Winkel und ein Abstand vom Zentrum zugeordnet sind.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist, vorzugsweise auf
einer Platte, eine Mehrzahl von parallelen Lumineszenz-Leistenkörpern angeordnet,
die an mindestens einer Endfläche mit einem Sensor versehen sind. Die Leistenkörper
können
dabei waagerecht oder senkrecht angeordnet sein, es können auch zwei Schichten von
waagerechten bzw. senkrechten Leistenkörpern untereinander angeordnet sein.
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Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die Zielscheibe nach Art einer
Matrix unterteilt wird, wobei der Auftreffpunkt zunächst in cartesischen Koordinaten
ermittelt wird, die sich jedoch leicht in Polarkoordinaten, d.h. Abstand und Winkel
vom Zentrum umrechnen lassen.
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Bei den vorstehend genannten Ausführungsformen kann man bei Verwendung
von zwei Sensoren an den Grenz- bzw. Endflächen der Bumineszenzkörper bzw. Ringkörper
bzw. Spiralkörper bzw.
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Leistenkörper die Sensoren an eine Dividierstufe anschließen.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Meßwert unabhängig von der
jeweilen Intensität des Lichtstrahles und auch unabhängig von gleichmäßig einfallendem
Umgebungslicht ist, weil durch die Messung an beiden Enden der jeweiligen Körper
eine Normierung vorgenommen wird, die unabhängig vom Absolutwert der Lichtintensität
ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
daß der Bumineszenzkörper großflächig ausgebildet und an einer Randfläche mit mindestens
zwei im Abstand voneinander angeordneten Sensoren versehen ist.
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Mit diesen Maßnahmen ist es vorteilhaft möglich, den Abstand des Auftreffpunktes
von beiden Sensoren zu ermitteln, wodurch die Koordinaten des Auftreffpunktes festliegen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sumineszenzkörper
großflächig ausgebildet und an vier, einander paarweise gegenüberliegenden Randflächen
mit mindestens jeweils einem Sensor versehen. Die Auswerteschaltung ermittelt aus
den Abständen des Auftreffpunktes von einem Paar gegenüberliegender Sensoren die
die zwei möglichen Punkte verbindende Gerade und aus den Geraden beider Paare von
Sensoren den Auftreffpunkt.
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Bei den vorstehend geschilderten Varianten verwendet man zweckmäßigerweise
eine Auswerteschaltung, die eine Dekodierstufe zum Umsetzen der Sensorsignale in
Polarkoordinaten aufweist.
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Wie bereits erwähnt, entsprechen die Polarkoordinaten den bei Zielscheiben
interessierenden Werten. Der Radius entspricht nämlich dem jeweils getroffenen Ring
und der Winkel der jeweils vorliegenden Winkelabweichung vom Zentrum. Wenn die Polarkoordinaten
elektronisch ermittelt werden, steht auch das Schießergebnis sofort zur Verfügung
und kann unmittelbar angezeigt werden, ohne daß erst die Zielscheibe, wie bei herkömmlichen
Anordnungen, an den Schlitzen herangefahren werden muß. Auch gestattet die Erzeugung
elektronischer Daten für das jeweilige Schießergebnis, diese Daten zu speichern,
so daß eine gesonderte Protokollführung über die Schießergebnisse nicht erforderlich
ist.
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Schließlich kann der Bumineszenzkörper in einer weiteren Ausgestalltung
der Erfindung als Zielgebiet oder Zieloval auf einer Mannscheibe ausgebildet sein.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die erfindungsgemäBen Merkmale
auch bei solchen Zielscheiben realisiert werden können, wie man Sie zum Combat-Ubungsschießen
verwendet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoren
als ein Doppelsensor ausgebildet und über Lichtleiter mit den Rändern der Zielscheibe
verbinden.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Sensoren beispielsweise auf
einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein können, so daß ihre Kennlinien, ihre
lemperaturabhängigkeit u.dgl.
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übereinstimmen. Insbesondere bei der Bildung von Quotienten ist dies
wichtig, weil bei Verwendung von Sensoren mit unterschiedlicher Kennlinie sich systematische
Verfälschungen ergäben.
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WeitereVorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Schießstandes; Fig. 2a eine Prinzipdarstellung zum Erläutern des
erfindungsgemäß ausgenatzten Lumineszenzeffektes in einem stabförmigen Bumineszenzkörper
in Verbindung mit einer Auswerteeinheit zum Ermitteln des Auftreffpunktes;
Fig.
2b eine Prinzipdarstellung wie Fig. 2a, jedoch bei einem Ausführungsbeispiel, bei
dem zwischen Zielscheibe und Auswerteeinheit Lichtleiter vorgesehen und die Sensoren
in der Auswerteeinheit angeordnet sind; Fig. 2c eine Prinzipdarstellung wie Fig.
2a, jedoch für den Fall eines flächigen Bumineszenzkörpers; Fig. 3a und Db ein Ausführungsbeispiel
einer Zielscheibe mit einem zentrisch angeordneten Sensor; Fig. 4a und 4b ein Ausführungsbeispiel
einer Zielscheibe mit mehreren zentrisch angeordneten Sektorsensoren; Fig. 5 ein
Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe mit einem Buminessenz-Ringkörper; Fig. 6 ein
Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe mit mehreren konzentrischen Buminezzenz-Ringkörpern;
Fig. 7a ein Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe mit zwei seitlich an der Zielscheibe
angeordneten Sensoren; Fig. 7b ein Variante, ähnlich derjenigen von Fig. 7a, jedoch
mit zwei Paaren von Sensoren an einander gegenüberliegenden Randflächen;
Fig.
8 ein Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe mit einem Bumineszenz-Spiralkörper;
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe mit einer Mehrzahl parallel angeordneter
Bumineszenz-Leistenkörper; Fig. 10a und 10b ein Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe
wie Fig. 9, jedoch mit untereinander angeordneten waagerechten und senkrechten Lumineszenz-Leistenkörpern;
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mannscheibe; Fig. 12 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mannscheibe.
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Fig. 1 zeigt einen Schützen, der mit einer Ubungswaffe 10, beispielsweise
einem Gewehr, Schießübungen durchführt, wobei die Übungswaffe 10 mit einer Lichtquelle
11, beispielsweise einem Laser oder einer anderen scharf gebündelten Lichtquelle
versehen ist. Aus der Übungswaffe 10 tritt ein Lichtstrahl 12, vorzugsweise ein
kurzer Lichtimpuls, aus, der auf eine Zielscheibe 13 auftrifft. Aufbau und Funktion
der Zielscheibe 13 werden weiter unten noch im einzelnen erläutert.
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Die Zielscheibe 13 steht über Kabel 14 mit einer Auswert-und Anzeigeeinheit
15 in Verbindung, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel den geschossenen
Ring anzeigt. Es versteht sich jedoch, daß neben dem geschossenen Ring auch die
jeweilige Winkelabweichung vom Zentrum angezeigt werden kann.
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Es versteht sich, daß statt eines Kabels 14 auch ein Lichtleiter Verwendung
finden kann, wie dies weiter unten zu Fig. 2b noch erläutert werden wird.
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Fig. 2 erläutert den zugrundeliegenden pysikalischen Mechanismus.
Der Lichtstrahl 12 trifft auf die als Bumineszenzkörper 20 ausgebildete Zielscheibe
13 in einem Auftreffpunkt 28. Hierdurch werden im Bumineszenzkörper 20 Buminophore
angeregt, die Licht nach allen Richtungen abstrahlen. Aufgrund von Totalreflektionen
an den flächigen Oberflächen des Sumineszenzkörpers 20 gelangt das von den Buminophoren
21 abgestrahlte Licht im wesentlichen auf die Randflächen des Lumineszenzkörpers
20, die mit fotoempfindlichen Sensoren 22, 23 versehen sind. Die Sensoren 22, 23
sind mit Leitungen 24, 25 an einem Quotientenbildner 26 mit einem Ausgang 27 angeschlossen,
wobei der Quotientenbildner 26 stellvertretend für eine Vielzahl von möglichen Auswerteschaltungen
29 steht.
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Die Intensitäten I1, I2 der Lichtstrahlen, die ausgehend von den Luminophoren
21 auf die Sensoren 22, 23 fallen, hängen zum einen vom jeweiligen Abstand des Auftreffpunkte
28 von den Sensoren 22, 23 ab, zum anderen aber auch von der optischen Dämpfungskonstante
OC des Materiales des Lumineszenzkörpers 20. Bezeichnet man zum Beispiel den Abstand
des Auftreffpunktes 28 vom linken Sensor 22 in Fig. 2 mit x, kann man zeigen, daß
für den Quotienten der Intensitäten I1, I2 gilt:
I1/I2 = C exp
(-2 dx) wobei für die Konstante C gilt: C = exp ( Al) und wobei ferner 1 die Länge
des Sumineszenzkörpers 20 d.h.
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der Abstand der Sensoren 22, 23 voneinander ist.
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Das Signal am Ausgang 27 des Quotientenbildners 26 ist damit ein direktes
Maß für x, d.h. den Abstand des Auftreffpunktes 28 vom Sensor 22, wobei durch die
Normierung der Absolutwert der Intensitäten herausgefallen ist.
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Man kann selbstverständlich auch nur mit einem einzigen Sensor 22
oder 23 auskommen und lediglich die exponentielle Abhängigkeit des Abstandes x des
Auftreffpunktes 28 vom jeweiligen Sensor 22 oder 25 ausnutzen, diese Vereinfachung
des Meßaufbaues muß man jedoch mit einer Abhängigkeit vom Absolutwert der Intensität
erkaufen.
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Fig. 2b zeigt eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 2a, bei der die
Leitungen 24, 25, die dem Kabel 14 von Pig. 1 entsprechen, durch Lichtleiter 24a,
25a ersetzt worden sind.
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Die Lichtleiter 24a, 25a sind unmittelbar an die Zielscheibe 13 angeschlossen
und führen zu den Sensoren 22, 23, die beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b als
Doppelsensor, beispielsweise als Differential-Fotodiode, ausgebildet sind.
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Bei einem derartigen Bauelement befinden sich zwei Detektorelemente
unmittelbar nebeneinander, beispielsweise auf einem gemeinsamen Substrat, so daß
sie unter identischen Bedingungen hergestellt wurden und auch im Betrieb identischen
Bedingungen
unterliegen. Bei der vorstehend geschilderten Quotientenbildung I1 /I2 können demzufolge
keine Verfälschungen durch unterschiedliche Kennlinien der einzelnen Sensoren 22,
23 eintreten.
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Fig. 2c ist eine Darstellung entsprechend Fig. 2a, jedoch für den
Fall eines flächigen Bumineszenzkörpers 20a. Die Detektoren 22a, 23a befinden sich
an einander gegenüberliegenden Randflächen des Bumineszenzkörpers 20a. Der Abstand
des Auftreffpunktes 21a vom Sensor 22a sei mit r1 und der Abstand vom anderen Detektor
23a mit r2 bezeichnet.
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Man kann nun zeigen, daß bei einem Bumineszenzkörper 20a in Gestalt
einer Platte die Intensitäten I1 bis 12 den Betrag: I1 = IO/r1 exp(r1) und 12 =
IO/r2 exp( ar2) annehmen. Für den Fall sehr geringer Dämpfung in der Platte 20a,
d.h. für den Pall eines sehr kleinen α, vereinfachen sich die vorstehenden
Beziehungen zu dem Ausdruck: 11/12 = r2/r1, wobei vorausgesetzt ist, daß Mehrfachreflektionen
an den Rändern der Platte nicht stören.
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Aus der letztgenannten Beziehung erkennt man, daß aus dem Quotienten
der Intensitäten der Quotient der Radien der Kreise ermittelbar ist, auf denen der
Auftreffpunkt 21a liegt. Bei bekannter Position der Sensoren 22a, 23a läßt
sich
demnach die Lage des Auftreffpunktes 21a oder ein Paar möglicher derartiger Punkte
ermitteln, worauf weiter unten zu den Ausführungsbeispielen von Pig. 7 noch im einzelnen
eingegangen werden wird.
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Bei einem ersten praktischen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Zielscheibe, das in Fig. 3a und 3b dargestellt ist, wird eine Zielscheibe 30 von
einem Luminesze-nzkörper 31 dargestellt. Wie man insbesondere in Verbindung mit
Db erkennen kann, sind auf die Rückseite des Lumineszenzkörpers 31 konzentrische
Ringe 32 aufgetragen, wie man sie von Zielscheiben her kennt. Das Auftragen der
Ringe 32 auf die Rückseite, beispielsweise durch Bedrucken, hat den Vorteil, daß
die Ringe 32 zwar vom Schützen in der gewohnten Weise von vorne wahrgenommen werden
können, weil der Sumineszenzkörper 31 transperent ist, andererseits wird aber der
eigentliche Lumineszenzvorgang infolge des von vorne auftreffenden Lichtstrahles
durch die aufgedruckten Ringe 32 nicht beeinflußt.
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Je nach verwendetem Material des Lumineszenzkörpers 31 und nach Art
der Anordnung der Sensoren in diesem und in den folgenden Ausführungsbeispielen
kann ein unmittelbares Aufdrucken der Ringe 32 auf die Rückseite des Luminszenzkörpers
31 zu Problemen führen, weil der Aufdruck möglicherweise die Totalreflektion an
den Oberflächen der plattenförmigen Bumineszenzkörper stört. Es ist daher in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Ringe 32 auf einen separaten Träger
32a aufzudrucken und diesen separaten Träger 32a in einem geringen Abstand von der
Rückseite des Luminszenzkörpers 31 vorzusehen. Dann ergibt sich zwischen der Rückseite
des Lumineszenzkörpers 31 und den auf den
Träger 32a gedruckten
Ringen 32 ein gewisser Luftspalt und die Totalreflektion an den Oberflächen des
Bumineszenzkörpers 31 wird nicht beeinträchtigt.
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Das Zentrum der Ringe 32 in Fig. 3 ist nach hinten in Gestalt eines
Trichters 33 herausgeformt. Einem Sensor 34 steht damit eine lichtaussendende Fläche,
nämlich die Mündung des Trichters 33 gegenüber, so daß übliche, flächenhaft aufgebaute
fotoempfindliche Sensoren Verwendung finden können. Eine Auswerteinheit 36, die
an den Sensor 34 angeschlossen ist, liefert ein Maß für den Abstand r eines Auftreffpunktes
35 des Lichtstrahles auf die Zielscheibe 30, während die Winkelabweisung T vom Zentrum
nicht erfaßt werden kann.
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Die Auswerteinheit 36 kann beispielsweise eine Treppenfunktion enthalten,
deren Stufen so bemessen sind, daß bei sich kontinuierlich änderndem Ausgangssignal
des Sensors 34 am Ausgang der Auswerteeinheit 36 Signale einstellen, die digital
den jeweiligen Ringen 32 zugeordnet sind.
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Die Fig. 4a und 4b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem
eine Zielscheibe 40 von einem Sumineszenzkörper 41 gebildet wird, der ebenfalls
auf der Rückseite mit Ringen 42 versehen ist. Das Zentrum der Zielscheibe 40 wird
in diesem Falle jedoch von mehreren Sektorsensoren 43, 44 gebildet, denen jeweils
ein bestimmter Sektor, im Ausführungsbeispiel von jeweils 45°, zugeordnet ist. Zwischen
den Sektoren sind zweckmäßigerweise optische Trennungen 45 angeordnet, so daß bei
einem Auftreffpunkt 46 nur jeweils ein Sektor und damit ein Sensor 43 beaufschlagt
wird. Bei n verschiedenen Sektoren stehen damit in einer Auswerteinheit 47 sowohl
mit n der
jeweils ansprechende Sektor und mit r der Abstand des
Auftreffpunktes 46 vom Zentrum zur Verfügung. Es kann daher eine Anzeige des jeweiligen
Ringes entsprechend dem Abstand r sowie eine Grobanzeige der Winkelabweichung ¢
vorgenommen werden.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zielscheibe 50,
die einen flächenhaften Bumineszenzkörper 51 mit hinten aufgedruckten Ringen 52
aufweist. Zusätzlich ist jedoch im Zentrum ein Bumineszenz-Ringkörper 53 vorgesehen,
der geschlitzt ist, wobei die Grenzflächen im Bereich des Schlitzes mit Sensoren
55, 56 versehen sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Lumineszenzringkörper 54 außerhalb
der Ringe 52 angeordnet sein, der ebenfalls geschlitzt und mit Sensoren 57, 58 im
Bereich des Schlitzes versehen ist.
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Trifft ein Lichtstrahl auf einen Auftreffpunkt 59, wird eine Lumineszenz
an dieser Stelle ausgelöst und Licht gelangt entweder auf einen Bereich des inneren
Lumineszenz-Ringkörpers 53 und/oder auf einen Bereich des äußeren Lumineszenz-Ringkörpers
54 und löst in diesem bzw. diesen eine sekundäre Lumineszenz aus. Vermittels der
Sensoren 55, 56 bzw. 57, 58 kann nun in der zu Fig. 2 im einzelnen beschriebenen
Weise die Lage eines den jeweiligen Bereich charakterisierenden Punktes ermittelt
werden, in welchem in den Ringkörpern 53 und/oder 54 eine Sekundärlumineszenz ausgelöst
wurde. Dies gestattet, die Winkellage T des Auftreffpunktes 59 zu bestimmen, bei
Verwendung zweier Ringkörper 53, 54 kann zusatzlich der Abstand r vom Zentrum ermittelt
werden.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 besteht die Zielscheibe 60 vorzugsweise
aus einer Platte 61, die kein Lumineszenzkörper zu sein braucht. Auf der Platte
61, die wiederum mit Ringen 62 versehen ist, sind mehrere konzentrische, optisch
zweckmäßigerweise voneinander getrennte Bumineszenz-Ringkörper 63, 64, 65 angeordnet,
die bevorzugt mit den Ringen 62 kongruent sind. Jeder der Ringkörper 63, 64, 65
ist geschlitzt und in der bereits zu Fig. 5 erläuterten Weise mit Sensoren 66, 67
versehen. Trifft ein Lichtstrahl auf einen Auftreffpunkt 68, kann aus der Ordnungszahl
n des jeweils getroffenen Ringes sowie aus der Position x auf dem Ring in einer
Auswerteeinheit 69 direkt der Abstand r und der Winkel t vom Zentrum angegeben werden.
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Bei diesem und bei folgenden Ausführungsbeispielen ist zwar von einer
Platte 61 die Rede, die mit verschiedenartig geformten Lumineszenzkörpern, beispielsweise
den Ringen 62, versehen ist, es versteht sich jedoch, daß die Platte 61 im Rahmen
der vorliegenden Erfinung nicht unbedingt erforderlich ist, weil auch die jeweiligen
Bumineszenzkörper, beispielsweise die Ringe 62, die erforderliche mechanische Stabilität
haben können, um eine Zielscheibe darzustellen, ohne daß es einer im wesentlichen
der mechanischen Stabilität dienenden Platte 61 bedarf.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7a besteht eine Zielscheibe 70
insgesamt aus einem Sumineszenzkörper 71, auf dessen Rückseite wiederum Ringe 72
aufgedruckt sind. An einer seitlichen Randfläche 78 sind zwei Sensoren 73, 74, im
Abstand voneinander, angeordnet. Trifft der Lichtstrahl auf einen Auftreffpunkt
75, lassen die Signale der Sensoren 73, 74 einen Rückschluß auf den Abstand des
Auftreffpunktes 75
von den Sensoren 73 bzw. 74 zu. Der Auftreffpunkt
75 muß nämlich auf einem Kreis 76 mit einem Radius R1 vom Sensor 73 und auf einem
Kreis 77 mit einem Radius R2 vom Sensor 74 liegen. Der Schnittpunkt dieser Ortskurven
76, 77 ergibt den Auftreffpunkt 75, wobei diese Umformung in einer Auswerteinheit
79 erfolgen kann, welche die Radien R1 bzw. R2 in Abstand r und Winkel Lp vom Zentrum
umsetzt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 7b besteht eine Zielscheibe 130
aus einem großflächigen Bumineszenzkörper 131, auf dem in der beschriebenen Weise
Ringe 132 angebracht sind. Der Auftreffpunkt eines Lichtstrahles ist mit 133 gekennzeichnet.
An der oberen und der unteren Grenzfläche des Lumineszenzkörpers 131 ist ein vertikales
Paar Sensoren 134, 135 angeordnet, während an den beiden anderen Grenzflächen de
Bumineszenzkörpers 131 ein horizontales Paar Sensoren 136, 137 vorgesehen ist.
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Im vertikalen Paar Sensoren 134, 135 kann man bei Auftreffen des Lichtstrahles
im Punkt 133 Signale messen, die dem Abtand des Punktes 133 von den Sensoren 134
bzw. 135 entsprechen. Man kann daher eine erste Ortskurve in Gestalt eines Kreises
139 mit dem Abtand r1 vom Sensor 134 und eine zweite Ortskurve in Gestalt eines
Kreises 138 mit dem Abstand r2 vom Sensor 135 aufzeichnen, wobei sich diese beiden
Kreise 138, 139 im Punkt 133 und einem dazu symmetrischen Punkt 140 schneiden. Um
nun ein Kriterium dafür zu erhalten, welcher der Punkte 133, 140 der Auftreffpunkt
ist, wird eine entsprechende Messung mittels des horizontalen Paares Sensoren 136,
137 vorgenommen, wobei sich wiederum
zwei Kreise mit Schnittpunkten
ergeben. Die Punkte 133, 140 verbindet eine Gerade 141, während die beiden anderen
Punkte eine Gerade 142 verbindet. Die beiden Geraden 141, 142 schneiden sich im
Auftreffpunkt 133, der somit aus den Signalen der vier Sensoren 134 bis 137 ermittelt
werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 weist eine Zielscheibe 80 eine
beliebige Platte 81 mit Ringen 82 auf, auf der ein Buminezzenz-Spiralkörper angeordnet
ist, dessen Endflächen mit Sensoren 84 bzw. 85 versehen sind. Gelangt ein Lichtstrahl
auf einen Auftreffpunkt 86, kann dessen Position x auf dem in der Abwicklung langestreckten
Bumineszenz-Spiralkörper 83 ermittelt werden, wie dies oben zu Fig. 2 erläutert
wurde. Mit Hilfe einer geeigneten Tabelle, Kennlinie oder dgl. kann nun in einer
Auswerteinheit 87 aus den Signalen der Sensoren 84, 85 der Abstand r und der Winkel
t ermittelt werden.
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Wie bereits zu Fig. 2 erwähnt, ergeben sich aus der Verwendung zweier
Sensoren 84, 85 zwar gewisse Vorteile, prinzipiell kann jedoch auch mit einem einzigen
Sensor 84 oder 85 gearbeitet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 weist eine Zielscheibe 90 eine
beliebige Platte 91 auf, die mit Ringen 92 versehen ist. auf der Platte 91 sind
mehrere horizontale und parallel nebeneinander liegende Bumineszenz-Leistenkörper
93, 94, 95 angeordnet, die jeweils an beiden Enden (oder auch an einem Ende allein)
mit Sensoren 96, 97 versehen sind. Bezeichnet man die Ordnungszahl der Leistenkörper
93 bis 95 übereinander mit y und die Position eines Auftreffpunktes 98 beispielsweise
auf
dem Beistenkörper 93 mit x, zeigt sich, daß die Anordnung gemäß Fig. 9 die Funktion
einer Matrix hat, bei welcher die Lage des Punktes 98 durch cartesische Koordinaten
definiert ist.
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In einer Auswerteeinheit 99 können nun die cartesischen Koordinaten
x, y in die entsprechenden Polarkoordinaten r, entsprechend dem Abstand und Winkel
des Auftreffpunktes 98 umgesetzt werden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 10a und 1Ob mit einer Zielscheibe
100 auf einer Platte 101 unterschesidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
9 dadurch, daß zwei Ebenen von Tumineszenz-Leistenkörpern untereinander angeordnet
sind, wie aus der Schnittdarstellung von Fig. 1Ob deutlich wird.
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Auf der dem Schützen zugewandten Seite befinden sich dabei waagerechte
Lumineszenz-'leistenkörper 103, 104, 105 mit Sensoren 105, 105 an jeweils einer
Grenzfäche. Darunter befinden sich senkrechte BumineszenLeistenkörper 107 mit jeweils
einem entsprechenden Sensor 108 an einer Grenzfläche und darunter sind auf die Platte
101 Ringe 102 aufgezeichnet.
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Ein auf einen Auftreffpunkt 109 fallender Lichtstrahl löst nun an
untereinanderliegenden Positionen der Beistenkörper 104 bzw. 107 Buminezzenz aus
und an den Sensoren 106, 108 lassen sich zugehörige Signale abnehmen.
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Die Lage des Auftreffpunktes 109 ergibt sich unmittelbar aus der Ordnungszahl
des jeweils ansprechenden Sensors, bei dem in Fig. 10a dargestellten Fall durch
Ansprechen der Sensoren 106 und 108. Es versteht sich, daß man die Anordnung der
Sensoren 105, 106, 108 in Fig. 10a auch bei einer durchgehenden Platte vorsehen
und dann denjenigen Sensor auswählen kann, der das maximale Signal zeigt. Durch
Zuordnung dieser beiden mit maximalem Signal ansprechenden Sensoren ist ebenfalls
eine genaue Lokalisierung in der x-y-Ebene möglich.
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In Fig. 11 ist eine sogenanne Mannscheibe 110 dargestellt, wie man
Sie zum Combat-Übungsschießen verwendet. Auf der Mannscheibe 110 ist eine Silhouette
112 einer Person dargestellt, die aus mehreren Bumineszenzkörpern 113, 114 zusammengesetzt
ist, welche die unterschiedlichen Zielgebiete der Silhouette 112 definieren. An
jeden Lumineszenzkörper 113, 114 ist ein Sensor 115, 116 angeschlossen, mit dem
ermittelt werden kann, ob ein Lichtstrahl auf eines der Zielgebiete gefallen ist.
Es versteht sich, daß zweckmäßigerweise die Lumineszenzkörper 113, 114 voneinander
durch entsprechende optische Trennungen abgeteilt sind.
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Wünscht man bei der Mannscheibe gemäß Fig. 11 eine noch feinere Unterteilung
innerhalb der Lumineszenzkörper 113, 114, kann diese genauere Lagebestimmung eines
Auftreffpunktes auf eine der Weisen vorgenommen werde, wie sie vorstehend zu den
Fig. 2 bis 10 beschrieben wurde.
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Fig. 12 zeigt eine weitere Variante einer sogenannten Mannscheibe
120, bei der eine wesentlich mehr abstrahierte Silhouette verwendet wird. Die Zielgebiete
werden bei der Mannscheibe 120 durch Ringe 122 unterteilt, die durch Lumineszenz-Ovalkörper
123 gebildet werden.
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Soweit die Ovalkörper 123 geschlossen sind, kann eine präzise Lagebestimmung
der Auftreffpunkte durch Sensoren 124, 125 nach Art des Ausführungsbeispieles gemäß
Fig. 6 erfolgen, während bei nicht geschlossenen Ovalkörpern Sensoren 127, 128 vorgesehen
sind, die eine Lagebestimmung in Analogie zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erlauben.
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Schließlich kann bei der Mannscheibe 120 gemäß Fig. 12 im unteren
Bereich noch eine zweite Zielscheibe 129 vorgesehen sein, mit der zusätzlich außerhalb
des Combat-Trainings Zielschießen geübt werden kann, wobei die zweite Zielscheibe
129 nach einem der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 3 bis 10 ausgebildet sein kann.
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