DE4136249A1

DE4136249A1 - Kombination eines elektrisch schaltbaren gitters und einer mechanischen verschiebeeinrichtung

Info

Publication number: DE4136249A1
Application number: DE19914136249
Authority: DE
Inventors: Henning Dr.-Ing. 7440 Nuertingen De Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-04
Filing date: 1991-11-04
Publication date: 1993-05-06

Description

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß mit elektrisch schaltbaren Gittern z. B. aus Flüssigkristallelementen neuere Verfahren der Bilddatengewinnung möglich sind. So ist ein Verfahren bekannt, der sogenannte "codierte Lichtansatz CLA", der eine schnelle absolute 3d-Messung einer Szene erlaubt. Bei diesem Verfahren werden Linienstrukturen auf die Szene projiziert. Mit Hilfe mehrerer solcher unterschiedlicher Projektionen lassen sich dann in einem Bildverarbeitungssystem auf allen nicht abgeschatteten Bildelementen die zugehörigen Projektionslinien identifizieren. Damit kann dann die Auswertung analog zum seit langen bekannten Lichtschnittverfahren zu absoluten Entfernungsdaten erfolgen.

Die erreichte Auflösung des Verfahrens ist bis jetzt noch dadurch begrenzt, daß nur eine beschränkte Liniendichte mit diesen Flüssigkristallelementen erzielt wird und die Linienbreiten der Flüssigkristallelemente entsprechend groß sind.

Es können jedoch auch die bereits länger bekannten hochgenauen Verfahren wie das Phasenshift-Verfahren und das Moir´-Verfahren vorteilhaft mit dieser Erfindung sinngemäß kombiniert werden. Es ist bei diesen hochgenau messenden Verfahren besonders interessant, nicht nur die relativ geringe Anzahl der elektrisch schaltbaren Linienkanten genau zu vermessesn, sondern auch in den Zwischenpositionen zu messen, um eine hohe laterale Auflösung zu erzielen.

Das Flüssigkristallelement wird erfindungsgemäß auf eine mechanische Verschiebeeinrichtung montiert. Diese Verschiebeeinrichtung ist in der Lage, das Flüssigkristallelement um eine oder mehrere Linienbreiten des Flüssigkristallrasters seitlich zu verschieben. Die mechanische Positionierungsgenauigkeit ist auf Bruchteile der Linienbreite des Flüssigkristallrasters genau.

Das auf diese Verschiebeeinrichtung montierte Flüssigkristallelement wird in den Strahlengang eines Projektors gebracht und die mit dem Flüssigkristallelement schaltbaren Linienstrukturen auf das Objekt abgebildet. Mit einer herkömmlichen Photokamera oder einer elektronischen Video-Kamera können in dieser Position eine oder mehrere Aufnahmen mit jeweils unterschiedlichen elektronisch geschalteten Linienstrukturen gemacht werden. Die Linienstrukturen sind elektrisch um ganze Linienbreiten des Flüssigkristallelementes schaltbar.

Um eine hohe laterale Auflösung zu erzeugen, wird das Flüssigkristallelement als Ganzes mittels der mechanischen Verschiebeeinrichtung um Bruchteile einer Linienbreite verschoben und eine oder mehrere weitere Aufnahmeserien durchgeführt.

Als mechanische Verschiebeeinrichtung können herkömmliche oder modifizierte mechanische Verschiebetische mit motorischem Antrieb nach dem Piezo-Prinzip, nach dem magneto-striktiven Prinzip oder beliebige andere Vorrichtungen entsprechender Genauigkeit Verwendung finden.

Das so montierte elektrisch schaltbare Gitter kann ebenso für das sogenannte Schattenmoir´-Verfahren sowohl in den Strahlengang der Beleuchtungsoptik als auch gleichzeitig in den Strahlengang der Kameraoptik gebracht werden, sodaß es gleichzeitig als erzeugendes Gitter und als Analysegitter wirkt.

Für manche Anordnungen ist eine Verdrehung des Gitters gefordert z. B. bei der Anwendung des sogenannten Verdrehungsmoir´-Verfahrens. Für solche Anwendungen kann das Gitter auf einen manuellen oder einen motorisch betätigten Drehtisch montiert werden. Dabei können in weiteren Varianten Dreh- und Verschiebetische miteinander kombiniert werden, um eine überlagerte Dreh- und Schiebebewegung zu ermöglichen.

Für manche Anwendungen ist eine zweidimensionale Gitteranordnung sinnvoll. Das heißt, es wird zunächst ein Gitter horizontal geschaltet und anschließend oder gleichzeitig ein Gitter vertikal. Für solche Anwendungen kann erfindungsgemäß in einer weiteren Ausführung, eine zweidimensionale mechanische x-y-Verschiebeeinheit oder die Kombination zweier linearen Verschiebeeinheiten vorgesehen werden.

Bei der Kombination zweier linearer Verschiebeeinheiten können durch geeignete Anordnung auch nicht-orthogonale Verschiebungen ausgeführt werden indem die Verschiebeeinheiten unter dem gewünschten festen Winkel miteinander verbunden werden.

Bei der Kombination zweier linearer Achsen mit einer Dreheinheit können dann auch Verschiebungen in beliebigen variablen Richtungen erzielt werden.

Fügt man eine Verschiebeeinheit hinzu, die in Richtung der optischen Achse ausgerichtet ist, können Schärfe und Fokus der Gitterabbildung zusätzlich beeinflußt werden.

Dabei kann es notwendig sein, für einen größeren Verfahrweg in weiteren Varianten erfindungsgemäß eine Kombination einer Verfahreinheit mit großem Verfahrweg in derselben Richtung eine Verfahreinheit mit kleinem Verfahrweg und hochpräziser Positionierung hinzuzufügen.

Mit den käuflichen plezo- und magneto-striktiven Gebern werden meist Linearbewegungen erzeugt, deshalb können erfindungsgemäße Dreheinheiten mit Hebeln ausgestattet sein, die eine Linear- in eine Drehbewegung in bekannter Weise umwandeln.

Vorteil der Erfindung

Mit der Erfindung lassen sich nun auch hohe Auflösungen mit den elektrisch geschalteten Liniengittern erzielen.

Es ist von Vorteil, daß der geforderte Verschiebeweg sehr klein ist und sich nur in der Größenordnung einer oder mehrerer Linienbreiten bewegen muß. Der Verschiebeweg braucht also nicht in der Größenordnung der projizierten Gitterkonstanten zu liegen, da die Gitter ja aus beliebig vielen elektrisch schaltbaren Linien zusammengesetzt sein können. Damit lassen sich die Bewegungen relativ schnell und genau ausführen.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrisch schaltbaren optischen Gitters für die Auswertung mit hoher Ortsauflösung dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch schaltbares Gitter auf einer mechanischen Verschiebeeinheit oder Dreheinheit montiert ist und mit dieser mechanischen Einheit beweglich im Projektions-Strahlengang eines optischen Gerätes untergebracht ist.
2. Verfahren und Vorrichtung gemäß dem vorigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahren des codierten Lichtansatzes zunächst die Linien des feststehenden elektrisch schaltbaren Gitters projiziert und ausgewertet werden und in anschließenden Aufnahmen ein weiteres Gitter um konstante Bruchteile der Gitterkonstante ein oder mehrmals lateral verschoben wird und daß diese Verschiebung aus virtueller elektrischer Verschiebung und/oder mechanischer Verschiebung des Gitters besteht.
3. Verfahren und Vorrichtung gemäß dem vorigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahren des codierten Lichtansatzes zunächst die Linien des feststehenden elektrisch schaltbaren Gitters projiziert und ausgewertet werden und in anschließenden Aufnahmen das feinste bei dem CLA verwendete Gitter um konstante Bruchteile der Gitterkonstante ein oder mehrmals lateral verschoben wird und daß diese Verschiebung aus virtueller elektrischer Verschiebung und/oder mechanischer Verschiebung des Gitters besteht.
4. Verfahren und Vorrichtung gemäß dem vorigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Linien des feststehenden elektrisch schaltbaren Gitters projiziert werden, das verwendete Gitter um konstante Bruchteile der Gitterkonstante ein oder mehrmals lateral verschoben wird und daß diese Verschiebung aus virtueller elektrischer Verschiebung und/oder mechanischer Verschiebung des Gitters besteht und die so verschobenen Gitterkanten nach dem Phasenshift-Verfahren ausgewertet werden.
5. Verfahren und Vorrichtung gemäß dem vorigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Linien des feststehenden elektrisch schaltbaren Gitters projiziert werden, das verwendete Gitter um konstante Bruchteile der Gitterkonstante ein oder mehrmals lateral verschoben wird und daß diese Verschiebung aus virtueller elektrischer Verschiebung und/oder mechanischer Verschiebung des Gitters besteht und die so verschobenen Gitterkanten nach dem Moir´- Verfahren ausgewertet werden.
6. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einheit eine Verschiebeeinheit ist.
7. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einheit eine Dreheinheit ist.
8. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einheit einen oder mehreren piezoelektrische Stell-Antriebe aufweist.
9. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einheit einen oder mehrere magnetostriktive Stell-Antriebe aufweist.
10. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einheit einen oder mehrere Weg- und oder Winkel-Meßgeber enthält zur genauen Messung des Ortes- und/oder der Drehlage der mechanischen Einheit und daß die Meßwerte entweder angezeigt, oder elektrisch ausgegeben werden.
11. Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung ein oder mehrere feststehende Gitter parallel zu dem elektrisch schaltbaren Gitter angebracht sind, sodaß auf optischem oder optoelektronischem Weg die Verschiebung des optische schaltbaren Gitters zu dem feststehenden Gitter mit ebensolchen Verfahren meßbar ist, wie sie sinngemäß bei optischen Weg- und/oder Winkelgebern als Stand der Technik verwendet werden und daß die Meßwerte entweder angezeigt, oder elektrisch ausgegeben werden.
12. Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß an dem Träger des optisch schaltbaren Gitters zusätzlich ein oder mehrere herkömmliche optisches Gitter angebracht sind, sodaß die Verschiebung des optisch schaltbaren Gitters zu dem feststehenden Gitter mit ebensolchen Verfahren meßbar ist, wie sie sinngemäß bei optischen Weg- und/oder Winkelgebern als Stand der Technik verwendet werden und daß die Meßwerte entweder angezeigt, oder elektrisch ausgegeben werden.
13. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte für die mechanische Verschiebung in einem Regelkreis auf die Stellantriebe zur Korrektur von Positions- und/oder Winkelabweichungen des schaltbaren Gitters von seiner Sollage zurückgeführt werden.
14. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kombination mehrerer linearer Verschiebeeinheiten die Verschiebung in mehreren, vorzugsweise orthogonalen Richtungen vorgenommen werden kann.
15. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kombination mehrerer linearer Verschiebeeinheiten und Dreheinheiten die Verschiebung und Verdrehung in mehreren, beliebigen Richtungen vorgenommen werden kann.
16. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß je eine lineare Verschiebeeinheit mit großem und kleinem Verschiebeweg in gleicher Richtung miteinander kombiniert werden, um hochpräzise große Verschiebungen zu realisieren. Dergestalt, daß zunächst mit der großen Verschiebeeinheit die Sollposition grob angefahren wird, und die Feinpositionierung mit der kleinen Verschiebeeinheit erfolgt.
17. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß je eine Dreheinheit mit großem und kleinem Drehbewegungbereich mit gleicher Richtung der Drehachse miteinander kombiniert werden, um hochpräzise große Drehbewegungen zu realisieren. Dergestalt, daß zunächst mit der großen Verschiebeeinheit die Sollposition grob angefahren wird, und die Feinpositionierung mit der kleinen Verschiebeeinheit erfolgt.
18. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdreheinheit eine mechanische Achse aufweist und die Drehbewegung durch eine Linearbewegung an einem oder mehreren beliebig geformten Hebel eingeleitet wird.
19. Verfahren und Vorrichtung gemäß den vorigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdreheinheit durch die gegensinnige Überlagerung von Linearbewegungen an einem oder mehreren Hebeln erzeugt wird.