DE3435504C2

DE3435504C2 - Kompaß

Info

Publication number: DE3435504C2
Application number: DE19843435504
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Phys. Innsbruck Fritz
Original assignee: D Swarovski KG
Current assignee: D Swarovski KG
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE3435504A1

Abstract

Kompaß mit reibungsarm gelagerter Magnetnadel, der eine sich mit der Magnetnadel mitdrehende Polarisatorscheibe aufweist, die in einem Fenster in einem Winkelbereich α von höchstens 90° einen optischen Polarisator aufweist und über den restlichen Winkelbereich lichtundurchlässig ist, wobei um die Polarisatorscheibenachse herum in gleichen Winkelabständen mindestens z = 360° : α Lichtquellen angeordnet sind, denen je ein optoelektrischer Lichtdetektor gegenüberliegt, über dessen lichtempfindlicher Oberfläche sich ein optischer Analysator befindet, wobei sich die Polarisatorscheibe in den Lichtwegen zwischen den Lichtquellen und den jeweils zugehörigen Lichtdetektoren befindet und das Fenster durch entsprechendes Verdrehen der Polarisatorscheibe in jeden dieser Lichtwege bringbar ist, und wobei an die Lichtdetektoren eine elektrische Auswerteschaltung angeschlossen ist, die aus dem von den Lichtdetektoren gelieferten Signalmuster die Winkelstellung der Polarisatorscheibe ermittelt und eine die Winkelstellung der Magnetnadel anzeigende Anzeigevorrichtung steuert.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Kompaß nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmliche Kompasse besitzen üblicherweise eine reibungsarm gelagerte Magnetnadel, deren Stellung durch ein Sichtfenster des Kompasses bezüglich einer Skala am Gehäuse des Kompasses oder am Boden des Kompasses abgelesen werden kann.

Integriert man einen solchen Kompaß in ein anderes Gerät, beispielsweise in einen Feldstecher, so sind bei der Handhabung des Kompasses besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich; denn eine exakte Ablesung ist nur dann möglich, wenn der Kompaß horizontal gehalten wird. Zum Ablesen muß der Feldstecher nach Anpeilung eines Objekts vorsichtig abgenommen werden, wobei darauf geachtet werden muß, daß sich die Anpeilung nicht ändert.

In der US-PS 32 06 719 ist in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Kompaß beschrieben, bei dem die Magnetnadel zu einer Bewegungseinheit mit der Scheibe verbunden ist, und außerdem elektrische Hilfsmittel vorgesehen sind, die Stellung der Scheibe und mithin der Magnetnadel zu erfassen. Auf einer Seite der Scheibe befindet sich eine opaque Kreisbahn, deren Breite sich über den gesamten Umfang kontinuierlich verändert. Auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Scheibe befindet sich eine Lichtquelle bzw. ein Lichtdetektor, so daß der Lichtdetektor je nach Winkelstellung der Scheibe mehr oder

weniger Licht empfängt Abhängig von der empfangenen Lichtmenge gibt der Lichtdetektor dann ein verstärkbares Signal ab, welches einer nachgeschalteten Auswerteschaltung zugeführt wird. Das ausgewertete Signal kann dann auf einer Anzeige dargestellt werden. Die mit dieser Anordnung erreichbare Meßgenauigkeit ist allerdings in vielen Fällen nicht ausreichend. Die unzureichende Meßgenauigkeit wird verursacht durch das Streuen des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts im Bereich der Scheibe. Das von dem Lichtdetektor gewonnene Signal ist mit einem relativ großen Fehler behaftet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompaß der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Handhabbarkeit des Kompasses verbessert und die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Der Begriff Scheibe soll im vorliegenden Zusammenhang auch sehr dünne Blätter oder Folien umfassen. Das Fenster der Scheibe hat vorzugsweise die Form eines Kreissektors mit einem Sektorwinkel a, es kann jedoch auch ein Ringsektor mit einem Sektorwinkel &agr; vorgesehen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Kompaß wird der an sich bekannte Effekt ausgenutzt, daß mittels eines optischen Polarisators polarisiertes Licht von einem im Lichtstrahlengang des polarisierten Lichts befindlichen optischen Analysator je nach dem relativen Drehwinkel zwischen Polarisator und Analysator vollständig, gar nicht oder nur mit verminderter Intensität durch den Analysator hindurchgelangt. Allerdings spielt sich der Übergang von vollständigem Durchlaß bis zu vollständigem Sperren des auf den Polarisator gerichteten Lichts in einem Winkelbereich von 90° ab. Von dem von einer Lichtquelle auf den Polarisator gerichteten Licht gelangt daher je nach relativer Winkelstellung zwischen Polarisator und Analysator Licht auf den zugehörigen Lichtdetektor, dessen Intensität eine Funktion des relativen Winkels zwischen Polarisator und Analysator ist.

Aus der US-PS 37 86 571 ist es bekannt, bei einem Magnetkompaß zur akustischen Anzeige einer Abweichung von einer eingestellten Richtung die Beeinflussung von polarisiertem Licht durch eine mit einer Magnetnadel sich drehende Polarisationsfolie zu verwenden. Allerdings konnte dieser Konstruktion keine Anregung in Richtung der Erfindung entnommen werden, weil dort die Anzeige selbst in herkömmlicher Weise mit Hilfe einer Skala erfolgt und die Polarisationsfolie ausschließlich dem genannten Zweck dient.

Der Einsatz einer drehbaren Polarisatorscheibe im Lichtweg zwischen einer Lichtquelle und zwei Photodioden, die mit je einem Analysator abgedeckt sind, deren Polarisationsrichtungen einen Winkelunterschied von 90° aufweisen, ist aus Electronics, 12. Oktober 1978, Seiten 146 und 148, für einen Winkelpositionsfühler an sich bekannt. Allerdings eignet sich dieser Winkelpositionsfühler nur für die Messung von Winkeln im Bereich von >0 bis <90°, ist also für Kompaßanwendungen nicht geeignet.

Diese Eindeutigkeit wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht, einerseits nicht die gesamte Scheibe als Polarisator auszubilden, sondern nur in einem Fenster in einem Winkelbereich &agr; von höchstens 90° einen optischen Polarisator vorzusehen und die Scheibe über den restlichen Winkelbereich lichtundurchlässig zu machen, und andererseits mindestens &zgr; = 360° : &agr; Lichtquellen in gleichmäßigen Winkelabständen rund um die Scheibenachse auf einer axialen Seite der Scheibe anzuordnen und genauso viele Lichtdetektoren auf der anderen axialen Seite der Scheibe anzuordnen, und zwar je einer Lichtquelle gegenüberliegend. Dreht sich nun die Scheibe zusammen mit der Magnetnadel um 360°. gelangt der im Fenster der Scheibe vorgesehene Polarisator der Reihe nach in die Lichtwege der winkeimäßig hintercinanderliegenden Meßkanäle mit je einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor. Über den größten Bereich des Drehwegs der Scheibe kann immer nur der Lichtdetektor eines einzigen Meßkanals Licht von der zugehörigen Lichtquelle empfangen, während bei allen anderen Meßkanälen der Lichtweg zwischen Lichtquelle und Lichtdetektor von

is dem lichtundurchlässigen Teil der Scheibe unterbrochen ist Lediglich in Übergangsbereichen zwischen den zwei benachbarten Meßkanälen zugeordneten Sektoren können vorübergehend die Lichtwege zweier benachbarter Meßkanäle im Bereich des Polarisators liegen. Aufgrund des Winkelabstands zwischen diesen benachbarten Meßkanälen erscheinen an den Ausgängen dieser beiden benachbarten Meßkanäle in diesem Fall aber deutlich unterschiedliche Signale, so daß Eindeutigkeit gegeben ist.

Die elektrischen Ausgangssignale der optoelektronischen Lichtdetektoren liefern somit eine eindeutige Aussage über einen Winkelbereich von 360° und können daher zu einer optischen Anzeige der jeweils angepeilten Himmelsrichtung ausgenutzt werden. Eine solehe optische Anzeige wird vorzugsweise in digitaler Weise vorgenommen, und zwar mit Hilfe beispielsweise von Leuchtdioden- oder Flüssigkeitkristall-Siebensegment-Anzeigevorrichtungen. Derartige optische Anzeigevorrichtungen können an beliebiger Stelle eines Geräts, in das der Kompaß eingebaut ist, angeordnet werden und lassen sich auch in das Objektbild beispielsweise eines Feldstechers einbringen, beispielsweise einspiegeln (US-PS 14 43 695). Dadurch ist es nun möglich, die exakte Himmelsrichtung eines Objekts, das mit einem mit dem erfindungsgemäßen Kompaß versehenen Feldstecher angepeilt wird, während des Anpeilvorgangs problemlos abzulesen, d. h., während der Feldstecher an das Auge gesetzt und auf das Objekt gerichtet ist. Verwendet man eine selbstleuchtende Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine Leuchtdioden-Anzeigevorrichtung, kann man die Himmelsrichrung problemlos auch im Dämmerlicht oder gar im Dunkeln ablesen.

Bei Verwendung einer alphanumerischen Anzeigevorrichtung ist die Darstellung der Himmelsrichtung wahlweise in Ziffern (0° bis 359°) oder in Buchstaben (&zgr;. &Bgr;. &Lgr;/./VTVWomöglich.

Verwendet man die Mindestzahl Meßkanäle, nämlich &zgr; = 360° : &agr; Meßkanäle, muß man die zu den einzelnen Meßkanälen gehörenden Lichtquellen und Lichtdetektoren in sehr exakter Weise in gleichen Winkelabständen anordnen, um zu vermeiden, daß es im Drehbereich der Scheibe Winkelbereiche gibt, in denen der Polarisator im Fenster der Scheibe keinen einzigen Meßkanal-Lichtweg kreuzt. In diesem Fall würde nur festgestellt, daß die Lichtwege aller Meßkanäle von dem richtundurchlässigen Teil der Scheibe unterbrochen sind und es wäre in einer solchen Winkelstellung der Scheibe keinerlei Aussage über die Winkelstellung der Magnetnadel möglich. Um nicht diesen strengen Anforderungen hinsichtlich der winkelmäßigen Justierung der einzelnen Meßkanäle zu unterliegen, besteht eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kompasses darin, rund um die Scheibenachse &zgr; + 1 Meßkanäle mit je

einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor anzuordnen. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei Toleranzabweichungen der einzelnen Meßkanäle von ihren exakten Winkelpositionen mindestens immer ein Meßkanal im Bereich des Polarisators liegt und somit auch in diesem Fall immer eine eindeutige Winkelaussage möglich ist.

Da bei praktischen Verwirklichungen die Kennlinien der einzelnen Meß-Kanäle in den Grenzbereichen um 0° bzw. 90° sehr flach sein können und deswegen die geforderte Meßgenauigkeit nur mit höherem Aufwand in der Auswerteschaltung erzielt werden kann, werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Z + 2 Meßkanäle verwendet.

In einer Ausführungsform erstreckt sich das Fenster der Poalrisatorscheibe über einen Winkelbereich a = 90° und sind sechs Meßkanäle mit je einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor in gleichmäßigen Winkelabständen von 60° angeordnet.

Als Lichtquellen werden Leuchtdioden und für die Lichtdetektoren werden Photoelemente verwendet. Statt Photoeleemente können aber auch andere photoelektrische Bauelemente wie Phototransistoren, Photodioden und Photowiderstände verwendet werden.

Der an dem Ausgang eines Meßkanals auftretende Meßstrom sollte nur von der Winkelstellung des Polarisators gegenüber dem Analysator dieses Meßkanals abhängig sein. In der Praxis kann es aber zu zusätzlichen Beeinflussungen des von dem Meßkanal abgegebenen elektrischen Signals kommen. Diese können von Photostromschwankungen herrühren, die durch nicht erwünschte Nebeneffekte wie Alterung der als Lichtquelle dienenden Leuchtdiode, Temperaturabhängigkeiten aller verwendeten Bauteile, Instabilitäten der elektronischen Verstärker, Kippen des Polarisators gegenüber dem Analysator, usw., hervorgerufen werden. Um derartige Photostromschwankungen, die zu einer fehlerhaften Winkelanzeige führen würden, auszuschalten, werden bei dem erfindungsgemäßen Kompaß in bevorzugter Weise für jede Lichtdetektor zwei dicht nebeneinander liegende lichtempfindliche Elemente verwendet, über denen sich je ein Analysator befindet, wobei die Polarisationsrichtungen dieser beiden Analysatoren einen Winkelunterschied von 90° aufweisen. Während die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden lichtempfindlichen Elemente eine Funktion der jeweiligen Winkelstellung des Polarisators ist, ist die Summe der Ausgangssignale dieser beiden lichtempfindlichen Elemente von der Winkelstellung des Polarisators unabhängig, jedoch proportional zur von der Lichtquelle emittierten Lichtintensität. Die Summe der Ausgangssignale der beiden lichtempfindlichen Elemente kann man daher einer Regelschaltung für die Helligkeit der Lichtquelle als Istwertsignal zuführen, mit dessen Hilfe die Lichtintensität der Lichtquelle auf einen konstanten Wert geregelt werden kann.

Eine solche Helligkeitsregelung führt allerdings dazu, daß die Lichtquellen von Meßkanälen, deren Lichtweg im Bereich des lichtundurchlässigen Teils der Polarisatorscheibe liegt, auf eine maximale Helligkeit geregelt werden. Daher wird die Auswerteschaltung in bevorzugter Weise derart ausgebildet, daß sie den Versuch der Regelung auf maximale Helligkeit erkennen kann und beim Erkennen dieses Versuchs den zugehörigen Meßkanal abschaltet. Durch diese Abschaltung wird der Forderung nach minimalem Stromverbrauch Rechnung getragen. Die Erfüllung dieser Forderung ist insbesondere für einen kleinen transportablen Kompaß, (Einbau in Feldstecher, Verwendung als Wander-Kompaß, etc.) von großer Wichtigkeit, da ein solcher Kompaß aufgrund des geringen verfügbaren Raumes nur mit kleinen Batterien ausgerüstet werden kann und mit den Batterien auch möglichst lange auskommen soll.
Man kann nun jedem Meßkanal eine eigene Summierschaltung und eine eigene Differenzschaltung zuordnen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine einzige Summierschaltung und eine einzige Differenzschaltung im Multiplexbetrieb allen Meßkanälen zuzuordnen, d. h., in periodischer Wiederholung die beiden Ausgangssignale der einzelnen Meßkanäle nacheinander abzutasten und auszuwerten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, mindestens die Differenzbildung der Meßspannungen unter Einsatz eines entsprechend programmgesteuerten Mikroprozessors zu implementieren.

Beim Einbau des erfindungsgemäßen Kompasses in einen Feldstecher besteht eine besonders günstige Lösung darin, mindestens den die Magnetnadel, die Scheibe, die Lichtquellen und die Lichtdetektoren umfassenden Sensorteil im optischen Strahlengang dicht hinter einem der beiden Objektive des Feldstechers anzuordnen. Damit vermeidet man den ästhetischen Gesamteindruck des Feldstechers beeinträchtigende warzenartige Erhebungen. Das Bildfeld und die Bildschärfe werden durch eine derartige Anordnung des Sensorteils nicht beeinträchtigt. Es kommt lediglich zu einem geringfügigen Helligkeitsverlust des Gesamtbilds.

Für den Fall, daß es bevorzugt wird, sowohl den Kompaß als auch die Anzeigevorrichtung auf der Außenseite des Feldstechergehäuses anzuordnen, ohne die Anzeige im Objektbild sichtbar zu machen, besteht eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kompasses darin, seiner Auswerte- und Anzeigevorrichtung eine Speichervorrichtung zuzuordnen, in der durch manuelle Betätigung einer am Feldstechergehäuse angeordneten Speichertaste die jeweils ermittelte Winkelstellung der Magnetnadel speicherbar ist. Nachdem man das hinsichtlich seiner Himmelsrichtung zu bestimmende Objekt durch den Feldstecher hindurch angepeilt hat, kann man dann nach Betätigen der Speichertaste den Feldstecher in beliebiger Haltung vom Auge nehmen und die Winkelanzeige ablesen. Es ist in diesem Fall nicht mehr erforderlich, den Feldstecher während des Abnehmens vom Auge und des Absenkens bis zur Ablesbarkeit der Winkelanzeige in exakt die gleiche Himmelsrichtung zu halten, in der sich der Feldstecher während des Anpeilens des Objekts befand. Es besteht die Möglichkeit, den gespeicherten Meßwert

so nach Loslassen der Speichertaste weiter gespeichert zu halten, so daß er jederzeit wieder angezeigt werden kann, bis eine Löschung vorgenommen wird.

Das angezeigte Ergebnis kann den Mittelwert einer Anzahl von Messungen darstellen. Die Mittelwertbildung wird im Mikroprozessor durchgeführt. Gleichzeitig wird die Differenz zwischen größtem und kleinstem Meßergebnis gebildet Übersteigt die Differenz einen bestimmten Betrag, wird das Meßergebnis für ungültig erklärt, da die Magnetnadel offensichtlich während der Messung noch zu starke Einschwingbewegungen durchführte. Ein ungültiges Meßergebnis wird z. B. mittels einer Leuchtdiode oder eines akustischen Signals angezeigt

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompasses ist mit einem Marschzahlspeicher versehen, in den mittels einer Eingabevorrichtung eine der Himmelsrichtung der gewünschten Marschrichtung entsprechende Marschzahl eingebbar ist Mittels einer

Vergleichseinrichtung kann dann die Abweichung der jeweils gemessenen Himmelsrichtung von der gespeicherten Marschzahl ermittelt und angezeigt werden. Der Marschzahl-Speicher ist vorzugsweise als Permanentspeicher ausgebildet und die Vergleichsauswertung kann mittels entsprechend programmiertem Mikroprozessor durchgeführt werden.

Es folgt nun eine Erläuterung der Erfindung anhand einer Ausführungsform. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht des Sensorteils des Kompasses;

Fig. 2 in schematischer Weise die Anordnung der einzelnen Lichtdetektoren des in Fig. 1 gezeigten Sensorteils; und

Fig. 3 die Magnetnadel und die Scheibe des in Fig. 1 gezeigten Sensorteils.

Der in Fig. 1 gezeigte Sensorteil umfaßt ein Kompaßgehäuse 11, in dem eine Bodenplatte 13 und eine Dekkenplatten 15 angeordnet sind. Eine herkömmliche Kompaß- oder Magnetnadel 17 ist auf der Spitze eines senkrecht stehenden Lagerstifts 19 reibungsarm drehfähig gelagert. Zur Schwingungsdämpfung der Magnetnadel 17 befindet sich in dem Kompaßgehäuse 11 eine Dämpfungsflüssigkeit 12 . An der Magnetnadel 17 ist eine folienartige Scheibe 23 festgeklebt, die sich mit der Magnetnadel 17 mitdreht. Die Scheibe 23 weist in einem Winkelbereich von 90° ein kreissektorförmiges Fenster auf, in dem sich ein optischer Polarisator 25 befindet. Die restlichen 270° der Scheibe sind als lichtundurchlässige Kunststoffscheibe 27 ausgebildet.

Die Scheibe 23 befindet sich etwa auf halber Höhe zwischen der Bodenplatte 13 und der Deckenplatte 15. An der Deckenplatte 15 sind um die Scheibenachse herum in gleichmäßigen Winkelabständen von 60° sechs Lichtquellen, z. B. Leuchtdioden 29 angeordnet. Auf der Bodenplatte 13 sind in gleichen Winkeiabständen sechs Lichtdetektoren 31 angeordnet, die je einer Lichtquelle 29 gegenüberliegen. Jeder Lichtdetektor 31 weist zwei in radialer Richtung dicht aneinanderliegende lichtempfindliche Elemente 33,35 z. B. Photoelemente auf, die je mit einer als optischer Analysator 37 bzw. 39 wirkenden Polarisatorfolie abgedeckt sind. Dabei schließen die Polarisationsrichtungen der beiden Analysatoren 37 und 39 einen Winkel von 90° ein. Bei der dargeteilten Ausführungsform weisen die Polarisationsrichtungen der jeweils innen liegenden Analysatoren 37 in eine Richtung tangential zur Kreisanordnung der Lichtdetektoren, während die Polarisationsrichtungen der radial außen liegenden Analysatoren 39 je in Radialrichtung dieser Kreisanordnung weisen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, verläuft bei der dargestellten Ausführungsform die mit dem Pfeil angedeutete Polarisationsrichtung des Polarisators 25 parallel zu einer der beiden Koordinatenachsen.

Die Photoelemente sind elektrisch mit einer Auswerteschaltung verbunden, die nach Wahl innerhalb oder außerhalb des Kompaßgehäuses 11 angeordnet sein kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Auswerteschaltung um eine monolithisch integrierte Schaltung, beispielsweise einen programmgesteuerten Mikroprozessor.

Die Auswerteschaltung steuert eine Anzeigevorrichtung, vorzugsweise in Form einer alphanumerischen Flüssigkristallanzeige, an der die jeweilige Winkelstellung der Scheibe 23 und damit der Magnetnadel 17 in Form von Ziffern (0° bis 359°) oder von Buchstaben (z. B. N, NNW,...) ablesbar ist Auch diese Flüssigkristallanzeige kann entweder innerhalb oder außerhalb des Kompaßgehäuses 11 angeordnet sein und mit einer Lampe beleuchtet werden.

Durch eine Öffnung im unteren Teil des Kompaßgehäuses 11 hindurch ist eine Stromzuführung 41 in den s Innenraum des Kompaßgehäuses 11 geführt. Diese Stromzuführung 41 dient der Stromversorgung der Auswerteschaltung und der Anzeigevorrichtung, wenn diese ebenfalls im Kompaßgehäuse 11 untergebracht sind. Befindet sich die Auswerteschaltung und/oder die Anzeigevorrichtung außerhalb des Kompaßgehäuses 11, werden zusätzlich zu der Stromzuführung 41 Signalleitungen durch die Öffnung in dem Kompaßgehäuse 11 geführt.

Die Auswerteschaltung und die Anzeigevorrichtung sind in den Figuren nicht dargestellt.

Bei jeder Winkelstellung befindet sich der Polarisator 25 im Lichtweg mindestens eines der Meßkanäle. Während der Drehung der Scheibe 23 hängt die Lichtdämpfung auf der Lichtstrecke Lichtquelle 29 — beweglicher Polarisator 25 — polarisierender Analysator 37, 39 — lichtempfindliche Elemente 33, 35 vom Winkel ab, den der Polarisator 25 und damit die Magnetnadel 17 gegenüber dem jeweiligen Analysator 37 bzw. 39 einnimmt. Das heißt, der Photostrom einer jeden im Bereich des Polarisators 25 befindlichen Photodiode ist ein Maß für die Stellung der Magnetnadel 17.

Bevor der Polarisator 25 bei seiner Drehung um seine Drehachse die beiden Analysatoren 37 und 39 eines Lichtdetektors 31 verläßt, gelangt er bereits in den Bereich des in dieser Drehrichtung benachbarten Lichtdetektors 31. Im Grenzbereich zwischen zwei Lichtdetektoren 31 ist somit eine Überlappung gewährleistet, wodurch der Zusammenbau des Kompasses infolge größerer zulässiger Toleranzen erleichtert und damit unter Umständen kostengünstiger wird.

Die Auswerteschaltung bildet sowohl die Summe der beiden von den lichtempfindlichen Elementen 33 und 35 eines Lichtdetektors 31 abgegebenen Meßströme als auch die Differenz dieser beiden Meßströme. Wie beveits erwähnt, ist die Summe dieser beiden Meßströme immer proportional zur emittierten Licht intensität der zugehörigen Lichtquelle 29, jedoch unabhängig von der Winkelstellung des Polarisators 25, weswegen diese Stromsumme zur Regelung der Helligkeit der zugehörigen Lichtquelle 29 ausgenutzt wird. Die von der Winkelstellung des Polarisators 25 abhängige Differenz dieser beiden Meßströme wird zu einem Steuersignal für die digitale Anzeigevorrichtung verarbeitet.
Das Summensignal der einzelnen Meßkanäle dient gleichzeitig der Auswahl desjenigen Meßkanals, dessen Signaldifferenz jeweils zur Steuerung der Anzeigevorrichtung ausgewertet wird. Meßkanäle, die keinen Photostrom liefern, weil die Scheibe 23 mit ihrem lichtundurchlässigen Bereich 27 deren Lichtquelle 29 abdeckt, sind inaktiv. Die Größe des Meßsignals, das aus der Differenz der Photoströme eines Meßkanals gewonnen wird, wird zu der Entscheidung darüber herangezogen, welcher der beiden Meßkanäle, die in den Überlappungsbereichen aktiv sind, für die weitere Auswertung herangezogen wird. Inaktive Kanäle werden zur Reduzierung des Stromverbrauchs ausgeschaltet.

Der beschriebene elektronische Kompaß ermöglicht über den gesamten Winkelbereich von 360° immer zuverlässig eine eindeutige Winkelanzeige, und zwar in digitaler Anzeigeform, und hat trotz der Verwendung von mindestens vier, vorzugsweise sechs Meßkanälen mit je einer Leuchtdiode und zwei Photodioden keinen höheren Strombedarf als eine, jedoch nur in einem Win-

kelbereich von 90° verwendbare Winkelmeßvorrichtung.
Es ist außerdem von Meßfehlern frei, die durch
Temperaturschwankungen, durch Alterung der Leuchtdioden,
der Photoelemente und Verstärker sowie durch
Trübung der Dämpfungsflüssigkeit und/oder der Polarisationsfolien
und schließlich durch Neigung des Polarisators
beim Kippen des ganzen Sensorteils infolge nicht
exakt horizontaler Haltung des Kompasses hervorgerufen
werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche

1. Kompaß, mit einer in einem Drehlager (19) drehfähig gehaltenen Magnetnadel (17), einer sich mit dieser mitdrehenden Scheibe (23) mit einem Fenster, mindestens einer in Abstand von der Drehachse der Scheibe (23) angeordneten Lichtquelle (29), einem jeder Lichtquelle gegenüberliegenden optischen Lichtdetektor (31), in dem Fenster vorgesehenen Mitteln zum Beeinflussen des Lichtdetektors nach Maßgabe der Stellung der Scheibe, einer an jeden Lichtdetektor (31) angeschlossenen Auswerteschaltung, die aus dem gelieferten Signalmuster die Winkelstellung der Scheibe und damit der Magnetnadel (17) ermittelt, und einer die Winkelstellung anzeigenden Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in dem Fenster innerhalb -eines Winkelbereichs &agr; von höchstens 90"' einen optischen Polarisator (25) aufweist und über den restlichen Winkelbereich (27) lichtundurchlässig ist, daß um die Scheibenachse herum in gleichen Winkelabständen mindestens &zgr; = 360° : a Lichtquellen (29) angeordnet sind, daß über der lichtempfindlichen Oberfläche jedes Lichtdetektors (31) ein optischer Analysator (37, 39) angeordnet ist, wobei sich die Scheibe (23) in den Lichtwegen zwischen den Lichtquellen (29) und den jeweils dazugehörigen Lichtdetektoren (31) befindet und das Fenster durch entsprechendes Verdrehen der Scheibe (23) in jeden dieser Lichtwege bringbar ist, und daß die Auswerteschaltung die von den Lichtdetektoren (31) gelieferten Signalmuster auswertet.

2. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß &zgr; + 2 Lichtquellen (29) und ebensoviele Detektoren (31) vorgesehen sind.

3. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fenster mit dem Polarisator (25) über einen Winkelbereich a = 90° erstreckt und daß sechs Lichtquellen (29) und sechs Lichtdetektoren (31) je in Winkelabständen von 60° angeordnet sind.

4. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Lichtdetektoren (31) zwei dicht nebeneinanderliegende lichtempfindliche Elemente (33, 35) aufweist, über denen sich je ein Analysator (37, bzw. 39) befindet, und daß die Polarisationsrichtungen dieser beiden Analysatoren (37,39) einen Winkelunterschied von 90° aufweisen.

5. Kompaß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Summierschaltung, mit der die von den beiden lichtempfindlichen Elementen (33, 35) eines jeden Lichtdetektors (31) abgegebenen beiden elektrischen Ströme summierbar sind, und eine Differenzschaltung, mit der die Differenz dieser beiden Ströme erzeugbar ist, aufweist, und daß mit Hilfe der Ausgangssignale der Differenzschaltung die Anzeige der Anzeigevorrichtung gesteuert wird und mit Hilfe der Ausgangssignale der Summierschaltung die Lichtdetektoren (31) ausgewählt werden, deren elektrische Signale jeweils für die Anzeige ausgenutzt werden, die Lichtintensität der jeweils im Bereich des Polarisators (25) befindlichen Lichtquellen (29) auf einen konstanten Wert geregelt wird und die jeweils im lichtundurchlässigen Bereich (27) der Scheibe (23) befindlichen Lichtquellen (29), gegebenenfalls auch die ihnen zugeordneten Lichtdetektoren (31),

abgeschaltet werden.

6. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in einen Feldstecher integriert ist.

7. Kompaß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der die Magnetnadel (17), die Scheibe (23), die Lichtquellen (29) und die Lichtdetektoren (31) umfassende Sensorteil im optischen Strahlengang des Feldstechers dicht hinter dessen Objektiv angeordnet ist

8. Kompaß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung durch eine Leuchtanzeigevorrichtung gebildet ist, deren Anzeige in das Bildfeld des Feldstechers eingespiegelt wird.

9. Kompaß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompaß auf der Außenseite des Feldstechergehäuses angeordnet ist, daß der Auswerte- und Anzeigevorrichtung eine Speichervorrichtung zugeordnet ist, in der durch manuelle Betätigung einer Speichertaste die jeweils ermittelte Winkelstellung der Magnetnadel speicherbar ist.

10. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung als eine alphanumerische Anzeigevorrichtung ausgebildet ist, mittels welcher der Winkel wahlweise in Ziffernform (0° bis 359°) oder in Buchstabenform (z. B. N, NNW, etc.) anzeigbar ist.

11. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Marschzahl-Speicher und eine zu dem Marschzahl-Speicher Zugriff gebende Marschzahl-Eingabevorrichtung vorgesehen sind, daß eine Winkelabweichung-Auswerteschaltung vorgesehen ist, mittels welcher die Abweichung des jeweils gemessenen Winkels von der Marschzahl ermittelbar ist, und daß die Anzeigevorrichtung auf die Anzeige der jeweils ermittelten Winkelabweichung umschaltbar ist.