DE977834C

DE977834C - Device for determining the position of the target by coordinates

Info

Publication number: DE977834C
Application number: DEE19214A
Authority: DE
Inventors: Gottlob Dipl-Phys Dr Knoedler
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1960-04-17
Filing date: 1960-04-17
Publication date: 1971-07-15

Description

Vorrichtung zur koordinatenmäßigen Bestimmung der Ablage des Zieles Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur koordinatenmäßigen Bestimmung der Ablage eines Zieles, bei der die vom Zielobjekt ausgesendete Energie in einer Ebene gebündelt und vor dem Auftreffen auf einen elektrischen Detektor mit Hilfe einer Segmentscheibe, die relativ zum Bündelungspunkt um eine außerhalb der Zielachse der Vorrichtung liegende Achse umläuft, moduliert wird, wobei das Verhältnis zwischen Bündelungspunktdurchmesser und Segmentbreite von der Lage des Bündelungspunktes in der Bündelungsebene abhängig ist.Device for determining the position of the target in terms of coordinates the The invention relates to a device for determining the storage in terms of coordinates of a target in which the energy emitted by the target object is bundled in one plane and before hitting an electrical detector with the help of a segment disc, relative to the focussing point about an axis off the sight of the device lying axis revolves, is modulated, whereby the ratio between the bundling point diameter and segment width depends on the position of the bundling point in the bundling plane is.

Bei der bekannten Vorrichtung wird die Amplitude des vom Detektor gelieferten modulierten Signals als Maß für die radiale Ablage des Zieles bildes verwendet. Da jedoch die Amplitude dieses Signals von der Strahlungsintensität des Zieles abhängig ist, kann allenfalls eine qualitative, jedoch keine quantitative Aussage über die Ablage gewonnen werden, sofern man nicht eine zusätzliche Einrichtung zur Normierung der Strahlungsleistung vorsieht. In the known device, the amplitude of the detector delivered modulated signal as a measure of the radial offset of the target image used. However, since the amplitude of this signal depends on the radiation intensity of the Depending on the goal, it can at best be qualitative, but not quantitative Information about the filing can be obtained, provided that one does not have an additional facility for normalizing the radiated power.

Durch die Erfindung soll erreicht werden, daß eine quantitative Bestimmung der radialen Ablage des Zielbildes aus dem modulierten Signal auch ohne Normierung der Strahlungsleistung gewonnen werden kann. Zu diesem Zweck wird von dem Umstand Gebrauch gemacht, daß wegen des lageabhängigen Verhältnisses zwischen Bündelungspunktdurchmesser und Segmentbreite auch die Kurvenform des modulierten Energiestromes von der Lage des Bündelungspunktes abhängig ist. The aim of the invention is to achieve a quantitative determination the radial offset of the target image from the modulated signal even without normalization the radiation power can be obtained. To this end, the circumstance is used Made use of that because of the position-dependent relationship between bundling point diameters and segment width also the Waveform of the modulated energy flow depends on the location of the bundling point.

Unter Berücksichtigung dieses Umstandes ist die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verwendung eines trägheitslosen Detektors, der die Kurvenform des modulierten Energiestromes verzerrungsfrei abbildet, und durch die Verwendung eines das elektrische Ausgangssignal des Detektors hinsichtlich des jeweiligen Verhältnisses zweier oder mehrerer Harmonischer untersuchenden harmonischen - Analysators sowie durch die Anordnung eines Anzeigegerätes, welches durch Vergleich der Amplituden der Harmonischen eine der Ablage entsprechende maßstäbliche Anzeige liefert.Taking this into account, the one mentioned at the beginning is Device according to the invention characterized by the use of an inertia-free Detector that depicts the waveform of the modulated energy flow without distortion, and by using one of the electrical output signal of the detector the respective ratio of two or more harmonics examining harmonics - Analyzer as well as by the arrangement of a display device, which by comparison of the amplitudes of the harmonics a scale display corresponding to the storage supplies.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine quantitative Bestimmung der Ablage deswegen möglich, weil die Kurvenform des modulierten Energiestromes völlig unabhängig von der Strahlungsleistung des Zieles ist. A quantitative determination is possible with the device according to the invention storage is possible because of the curve shape of the modulated energy flow is completely independent of the radiated power of the target.

An sich sind Zielsuchgeräte, die eine quantitative Bestimmung der Ablage ermöglichen, bereits bekannt. Der dort beschrittene Weg beruht jedoch auf einer Impulslängenmessung und ist daher mit dem Grundgedanken der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht vergleichbar. In themselves, target locators are capable of quantitative determination of the Enable filing, already known. However, the path followed there is based on a pulse length measurement and is therefore with the basic idea of the invention Device not comparable.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to drawings.

Abb. 1 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf der Lichtintensität hinter einem Modulator mit konstanter Segmentbreite bei drei verschiedenen Bündelungspunktdurchmessern: a) Der Lichtbündeldurchmesser ist gegenüber der Segmentbreite klein. Fig. 1 illustrates the time course of the light intensity behind a modulator with constant segment width with three different bundling point diameters: a) The light beam diameter is small compared to the segment width.

In diesem Fall ist der Intensitätsverlauf fast eine Rechteckfunktion (im Extremfall bei unendlich kleinem Lichtbündel exakt rechteckig). b) Der Bündelungspunktdurchmesser entspricht der Segmentbreite. In this case the intensity curve is almost a rectangular function (in the extreme case with an infinitely small light beam, exactly rectangular). b) The bundling point diameter corresponds to the segment width.

In diesem Fall ist der Intensitätsverlauf eine Sinusfunktion. c) Beispiel aller möglichen Ubergänge zwischen den Verhältnissen entsprechend a) und b). In this case the intensity curve is a sine function. c) Example of all possible transitions between the relationships according to a) and b).

Abb. 2 zeigt schematisch eine Blende mit veränderlicher Segmentbreite und Abb. 3 dazu die Kurven der Lichtintensität. Bündelungspunkt 1 befindet sich so in der Blende, daß der Bündelungspunktdurchmesser der Segmentbreite entspricht und somit ungefähr einen sinusförmigen Intensitätsverlauf ergibt. Bündelungspunkt 2 hat eine solche Lage, daß der Durchmesser klein im Verhältnis zur Segmentbreite ist und dementsprechend eine ungefähre Rechteckfunktion als Intensitätsverlauf ergibt. Bündelungspunkt 3 ist in der optischen Achse des Meßsystems angenommen (vorzugsweise in der Mitte der Segmenttiefe). Es erfolgt ein Intensitätsverlauf entsprechend Kurve 3 (Abb. 1). Fig. 2 shows schematically a diaphragm with variable segment width and Fig. 3 shows the light intensity curves. Bundling point 1 is located so in the diaphragm that the bundling point diameter corresponds to the segment width and thus results in an approximately sinusoidal intensity curve. Bundling point 2 has such a position that the diameter is small in relation to the segment width and accordingly results in an approximate rectangular function as the intensity curve. Focusing point 3 is assumed to be in the optical axis of the measuring system (preferably in the middle of the segment depth). There is an intensity profile according to the curve 3 (Fig. 1).

Beim Vergleich der Kurvenform des Bündelungspunktes mit der Kurve 3 (Objekt in der optischen Achse des Meßsystems) kann auf den ersten Blick die Richtung der Ablage ersehen werden.When comparing the curve shape of the bundling point with the curve 3 (object in the optical axis of the measuring system) can at first glance the direction can be seen on the shelf.

Diese so erhaltenen Kurvenformen stellen somit die eigentliche Meßgröße dar. These curve shapes obtained in this way thus represent the actual measured variable represent.

Da in der Verstärkertechnik im allgemeinen periodische Vorgänge auf einfache Sinusfunktionen zurückgeführt und in dieser Form ausgewertet werden, wird vorteilhafterweise eine Fourier-Analyse der Kurven durch Selektivverstärker vorgenommen. Es ist selbstverständlich, daß sich die Auswertungsmöglichkeit der Meßgröße nicht auf diese Reihenentwicklung beschränkt, sondern es können prinzipiell alle Reihenentwieklungen dafür herangezogen werden, wenn ein spezieller Wunsch danach vorliegt und die nachfolgenden Verstärkereinheiten entsprechend arbeiten. Since in amplifier technology there are generally periodic processes simple sine functions are fed back and evaluated in this form a Fourier analysis of the curves is advantageously carried out by means of selective amplifiers. It goes without saying that the measurable variable cannot be evaluated limited to this series development, but in principle all series developments can can be used for this if there is a special request and the following Work amplifier units accordingly.

Die in Abb. 3 angedeuteten Kurven sind demnach in der Form einer Reihe f(t) = A1 sin co t + 4 sin 3 a)t + + A(2+1) sin (2n + 1) w t (I) zu entwickeln. The curves indicated in Fig. 3 are therefore in the form of a Develop series f (t) = A1 sin co t + 4 sin 3 a) t + + A (2 + 1) sin (2n + 1) w t (I).

Im Falle einer reinen Sinusfunktion (Kurve 1, Abb. 1) verschwinden alle Glieder der obigen Reihe mit n)O, so daß nur das erste Glied und damit nur die Grundfrequenz (Modulationsfrequenz) in Erscheinung tritt. In the case of a pure sine function (curve 1, Fig. 1) disappear all members of the above series with n) O, so that only the first member and thus only the fundamental frequency (modulation frequency) appears.

Die Fourier-Reihe der Rechteckfunktion (Kurve 2, Abb. 1) ist 1 1 1 f(t) = sin + . sin 3 co t + . sin5t + cm t f + . sin(2n+ 1) wt. (II) 3 5 2n + 1 Als Ausführungsbeispiel soll nun an Hand der Abb. 4 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ablagewinkels eines Objektes im Bereich des sichtbaren Spektralgebietes kurz beschrieben werden. The Fourier series of the rectangular function (curve 2, Fig. 1) is 1 1 1 f (t) = sin +. sin 3 co t +. sin5t + cm t f +. sin (2n + 1) wt. (II) 3 5 2n + 1 As an exemplary embodiment, a device for determining of the storage angle of an object in the area of the visible spectral range to be discribed.

Die EingangsoptikO bündelt über den Hauptspiegel 1 und den Gegenspiegel 2 die einfallende Strahlung derart, daß die Modulationsscheibe M in der Bildebene liegt. Die Modulationsscheibe M ist so eingebaut, daß der Strahlendurchgang bei Lage des Strahlenobjektes in der optischen Achse genau in der Mitte der Segmenttiefe erfolgt. Wird nun ein großfläches Empfangselement verwendet, so kann dies direkt hinter der Modulationsscheibe angeordnet werden. Das Empfangselement E liefert am Empfängerausgang eine Wechselspannung entsprechend der modulierten Strahlungsintensität. In der nachfolgenden Verstärkereinheit V wird Fourier-Analyse durchgeführt und damit diese Wechselspannung ausgewertet. The input optics O bundle over the main mirror 1 and the counter mirror 2 the incident radiation such that the modulation slice M in the image plane lies. The modulation disk M is installed in such a way that the beam can pass through at Position of the beam object in the optical axis exactly in the middle of the segment depth he follows. If a large-area receiving element is now used, this can be done directly be arranged behind the modulation disc. The receiving element E delivers on Receiver output an alternating voltage according to the modulated radiation intensity. In the following amplifier unit V Fourier analysis is carried out and thus this alternating voltage is evaluated.

In Durchführung der Fourier-Analyse arbeitet z. B. der eine Verstärker der Verstärkereinheit auf der Grundfrequenz (z. B. 500 Hz) entsprechend dem ersten Glied der Fourier-Reihe. Der zweite Verstärker verwertet die Signale z. B. der zweiten Oberwelle entsprechend dem dritten Glied der Fourier-Reihe. Es ist grundsätzlich möglich, alle weiteren Glieder der Reihe (2» + 1) Grundfrequenz in je einem Verstärkerkanal zu verwerten, sofern dies mit Rücksicht auf die Genauigkeit erwünscht ist. In performing the Fourier analysis, z. B. the one amplifier the amplifier unit on the base frequency (e.g. 500 Hz) accordingly to the first member of the Fourier series. The second amplifier uses the signals z. B. of the second harmonic corresponding to the third term of the Fourier series. It is fundamental possible, all other links in the series (2 »+ 1) base frequency in one amplifier channel each to be used if this is desired with regard to accuracy.

Die Abweichung des Bündelungspunktes von der optischen Achse kann nun durch Vergleich des Verhältnisses der einzelnen Spannungsamplituden quantitativ auf einem Anzeigegerät A dargestellt werden. The deviation of the focus point from the optical axis can now by comparing the ratio of the individual stress amplitudes quantitatively can be displayed on a display device A.

Eine solche Vorrichtung kann für UV, sichtbares Licht oder IR verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß die verwendete Spiegeloptik in dem gewünschten Spektralbereich genügende Reflexion hat und daß der Empfänger ausreichende Empfindlichkeit in besagtem Spektralbereich besitzt. Such a device can be used for UV, visible light or IR will. It is only necessary that the mirror optics used in the desired Spectral range has sufficient reflection and that the receiver has sufficient sensitivity in said spectral range.

An den Empfänger werden insofern hohe Anforderungen gestellt, als er eine außerordentlich geringe Trägheit aufweisen muß. Es ist vielfach schwierig, Photoempfänger für spezielle Spektrallängen großflächig mit der erforderlichen Homogenität herzustellen, so daß über die gesamte Fläche die gleiche Empfindlichkeit und die gleiche Trägheit herrschen. In manchen Fällen ist es daher vorteilhaft, zwischen Blende und Empfänger ein System zur Bündelung der Strahlung vorzusehen, wodurch die Empfängergröße bedeutend verringert werden kann. Dies wird für UV, sichtbares Licht oder IR entweder durch eine Linsenoptik oder einen Reflexionskondensor, das ist ein innen verspiegelter Hohlraum in geeigneter Form, erreicht. High demands are made on the recipient in that he must have an extremely low inertia. It is often difficult Photo receiver for special spectral lengths over a large area with the required homogeneity so that over the entire surface the same sensitivity and the equal indolence prevail. In some cases it is therefore advantageous to choose between Diaphragm and receiver provide a system for focusing the radiation, whereby the recipient size can be significantly reduced. For UV, this will be visible Light or IR through either a lens optic or a reflection condenser that an internally mirrored cavity in a suitable shape is achieved.

Als Modulator kann beispielsweise eine rotierende Segmentscheibe gemäß Abb. 5 verwendet werden, wobei die Breiten der durchlässigen und undurchlässigen Segmente einander gleich sind. Es ist jedoch auch möglich, das Verhältnis der einzelnen Segmente untereinander zu variieren, wobei zwangläufig die Kurvenform auch entsprechend unsymmetrisch wird. Die Segmentbreite ist abhängig von der Zielpunktgröße und von der Wellenlänge der zu messenden Strahlungen. Der Blendendurchmesser ist abhängig von der Wellenlänge, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Wellenlänge immer-viel kleiner als die Segmentbreite sein muß. A rotating segment disk, for example, can be used as the modulator can be used according to Fig. 5, the widths of the permeable and impermeable Segments are equal to each other. However, it is also possible to change the ratio of each To vary segments with each other, inevitably the curve shape also accordingly becomes unbalanced. The segment width depends on the target point size and on the wavelength of the radiation to be measured. The orifice diameter is dependent on the wavelength, taking into account that the wavelength is always a lot must be smaller than the segment width.

Die Blendengeschwindigket muß die Zielgröße und Segmentbreite berücksichtigen, so daß einerseits die gewünschte Grundfrequenz erreicht wird und andererseits die Blendengeschwindigkeit groß genug ist, um auch bei beträchtlicher Zielauswanderung einwandfreie Meßergebnisse zu gewährleisten.The aperture speed must take into account the target size and segment width, so that on the one hand the desired basic frequency is reached and on the other hand the Aperture speed is large enough to handle even with considerable target migration to ensure perfect measurement results.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für elektromagnetische Wellen, wie sie für funkmeßtechnische Zwecke Anwendung finden, läßt sich die vorgehend beschriebene Anlage entsprechend der anderen Wellenlänge wie folgt abwandeln: Als Bündelungssystem dienen die an sich bekannten Reflektoren. Als Empfänger dienen die an sich bekannten Antennen. Sinngemäß kann ein Sammelkörper verwendet werden, und die Blenden müssen auf die beträchtliche Wellenlänge abgestimmt sein. When using the device according to the invention for electromagnetic Waves, as they are used for radio measurement purposes, can be followed by the preceding Modify the described system according to the other wavelength as follows: As The known reflectors are used for the bundling system. Serve as a recipient the antennas known per se. A collecting body can be used accordingly, and the diaphragms must be matched to the considerable wavelength.

Die Blendenform bleibt gegenüber dem optischen Wellenlängenbereich unverändert, wenn im Dauerstrichverfahren gearbeitet wird. Die Blendengröße muß, wie oben angeführt, der Wellenlänge der zu modulierenden und empfangenden Strahlung angepaßt sein. The shape of the aperture remains in relation to the optical wavelength range unchanged if the continuous wave method is used. The aperture size must as stated above, the wavelength of the radiation to be modulated and received be adjusted.

Für akustische Wellen, z. B. Ultraschall, wird das Bündelungssystem aus Reflektoren bzw. Linsen gebildet. Die Bündelung nach der Modulation kann mit an sich bekannten Reflektoren und Linsen vorgenommen werden; als Empfänger dienen in diesem Fall Mikrophone, Halbleiterelemente, Thermoelemente, piezoelektrische Elemente oder Resonatoren. For acoustic waves, e.g. B. Ultrasound, becomes the bundling system formed from reflectors or lenses. The bundling after the modulation can be done with known reflectors and lenses are made; serve as a recipient in this case microphones, semiconductor elements, thermocouples, piezoelectric ones Elements or resonators.

In jedem Falle sind die gewonnenen Meßergebnisse intensitätsunabhängig, d. h. unabhängig von der absoluten Strahlungsintensität des Objekts und unabhängig von dessen Entfernung, vorausgesetzt, daß der Empfänger eine für die Modulationsfrequenz genügend kleine Trägheit besitzt. Damit wird ein ganz wesentlicher technischer Fortschritt erreicht. da eine Bestimmung der Entfernung und der absoluten Strahlungsleitung für die Koordinatenbestimmung nicht mehr erforderlich wird. In any case, the measurement results obtained are independent of the intensity, d. H. regardless of the absolute radiation intensity of the object and independently of its distance, provided that the receiver has one for the modulation frequency has enough little indolence. This is a very important technical advance achieved. there is a determination of the distance and the absolute radiation conduction is no longer required for determining the coordinates.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for determining coordinates the storage of a target, in which the energy emitted by the target object in a Level bundled and using an electrical detector before hitting a segment disk that is relative to the focal point around an axis outside of the sighting axis of the device lying axis revolves, is modulated, the ratio between Bundling point diameter and segment width from the location of the bundling point in the bundling level is dependent, characterized by the use of an inertia-less Detector that shows the waveform of the modulated energy flow, which is dependent on the position Ratio between bundling point diameter and segment width also of the position of the bundling point is dependent, images distortion-free; also marked by using a regarding the electrical output signal of the detector the respective ratio of two or more harmonics examining harmonic Analyzer as well as by the arrangement of a display device, which by comparison of the amplitudes of the harmonics a scale display corresponding to the storage supplies.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the variability the relationship between the diameter of the bundling point and the width of the segment through variable Bundling point diameter is conditional with constant segment width.

3. Device according to claim 1, characterized in that indicates that the variability of the ratio between the focal point diameter and Segment width through variable segment width with constant bundling point diameter is conditional.

Documents considered: French patents No. 987 245, 1087838, 1152512, 1 193 601; British Patent No. 494667; U.S. Patent No. 2 906883.