NO147970B - Apparat for avstandbestemmelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår apparater for avstandsbestemmelse og særlig apparater for avstandsmåling.

Det er vel kjent at avstanden til et mål fra et gitt punkt

kan finnes ved anvendelse av radar-teknikk. Selv for avstandsmåling langs "siktelinjen" vil imidlertid radar-

utstyr lett bli komplisert og relativt omfangsrikt samt krever betraktelige energimengder for sin drift.

For avstandsbestemmelse langs siktelinjen kan det imidlertid også anvendes optiske systemer, hvori to avbildninger av et mål observeres gjennom hvert sitt prisme, og graden av relativ forskyvning mellom prismene for å oppnå overlapning av avbildningene, utgjør en angivelse av avstanden til gjenstanden under observasjon. Et sådant apparat vil, skjønt det er enkelt og har relativt lite omfang, være svært avhengig av operatørens dyktighet og vil således være følsomt for menneskelig svikt. Bruk av sådanne apparater krever også at målet er synlig for øyet.

Foreliggende oppfinnelse har imidlertid som formål å frembringe et forbedret apparat for avstandsbestemmelse og særlig et måleapparat som ikke i samme grad som de ovenfor angitte apparater er beheftet med de nevnte ulemper. •Oppfinnelsen gjelder således et apparat for avstandsbestemmelse og som omfatter energifølsomt utstyr for å motta elektromagnetisk energi samtidig fra forskjellige områder av et betraktningsfelt, samt en anordning for å dreie betraktningsfeltet om en rotasjonsakse for derved å sveipe feltet over et mål.

På denne bakgrunn av teknikk som er kjent fra US patentskrift nr. 2.830.487,har så apparatet i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at rotasjonsaksen er anordnet på målsiden av et punkt hvor skillelinjene mellom de forskjellige områder av betraktningsfeltet løper sammen, således at et elektrisk utgangssignal fra det energifølsomme utstyr kommer til å omfatte en frekvenskomponent som er avhengig av avstanden.

Skillelinjene mellom de forskjellige områder av betraktningsfeltet kan herunder være parallelle, således at det punkt hvor linjene løper sammen ligger i uendeligheten. Rotasjonsaksen vil her i alle tilfeller ligge på målsiden

av uendelighetspunktet og en dreining av systemet vil gi avstandsinformasjon i henhold til oppfinnelsen.

Ved den foretrukkede utførelse av oppfinnelsens apparat forløper imidlertid skillelinjene radialt og divergerer i retning mot målet.

Det energifølsomme utstyr kan omfatte et antall enkelte energifølsomme organer, som er anordnet for å motta energi fra hvert sitt område av betraktningsfeltet, og hvis utgangssignaler kombineres, men det energi følsomme utstyr omfatter fortrinnsvis en eneste energifølsom detektor anordnet for å motta energi fra alle nevnte adskilte områder av betraktningsfeltet.

Da det i utgangssignalet fra det energifølsomme utstyr vil opptre en frekvenskomponent som er avhengig av avstanden til målet, kan apparatet anvendes som et avstandsmålingsapparat, og i dette tilfelle er det anordnet frekvensmålingsutstyr for angivelse av avstanden til et mål. Da imidlertid mål i forskjellige avstander vil frembringe forskjellige frekvenskomponenter på utgangssiden av nevnte energifølsomme utstyr, kan et eller flere frekvensselektivt båndfiltre være tilkoblet utgangssiden av det energifølsomme utstyr for å danne et eller flere avstandsvinduer, hvorved visse avstandsområder utelukkes. Dette trekk kan utnyttes for å uteslutte uønsket påvirkning fra gjenstander som man vet vil komme inn i betraktningsfeltet, men som ikke er av interesse. Utgangssiden av et hvilket som helst filter kan etter ønske tilkobles det frekvensfølsomme utstyr for angivelse av avstanden til et mål innenfor det tilsvarende avstandsvindu eller- vinduer.

I tillegg eller alternativt kan utgangssiden av et hvilket som helst filter tilkobles en frekvensfølsom innretning som frembringer et signal som angir eventuelt nærvær av et mål innenfor et område av interesse innenfor vedkommende avstandsvindu eller-vinduer.

Vanligvis utgjøres nevnte energifølsomme utstyr av organer som er følsomme for infrarød energi.

En rekke reflekterende elementer, et for hvert område av betraktningsfeltet, kan være plassert mellom det punkt hvor skillelinjene løper sammen og rotasjonsaksen, idet hvert enkelte reflekterende element er anordnet for å

rette elektromagnetisk energi gjennom en tilordnet sliss i ét filter mot en felles detektor. I dette tilfelle utgjøres de nevnte områder av betraktningsfeltet faktisk av gitterets avbildning i rommet ved hjelp av de enkelte reflekterende elementer.

Vanligvis er slissene smale i rotasjonsplanet og relativt langstrakte i et plan vinkelrett på dette plan, med det formål å oppnå gode energioppsamlingsegenskaper.

I en utførelse av foreliggende oppfinnelse er de enkelte reflekterende elementer skråstilt på sådan måte at slissene i gitteret nær-avbildes i betraktningsfeltet, således at dette felt oppdeles i en rekke innbyrdes inntilliggende deler som hver utgjør en avbildning av en forskjellig, tilordnet sliss, mens organer er anordnet for optisk opp-deling av hver sliss, og således også hver av nevnte innbyrdes inntilliggende deler av betraktningsfeltet, i to avsnitt langs slissens lengdeutstrekning og på tvers av nevnte rotasj onsplan.. Den energi som mottas av det ene avsnitt av hver sliss rettes da mot en første detektor,

mens energi mottatt av det annet avsnitt av hver sliss rettes

mot en annen detektor,, idet detektorene er anordnet for kombinasjon av sine respektive utgangssignaler i motfase

før overføring til frekvensmålingsutstyr. Den utførelse som er beskrevet ovenfor virker meget tilfredsstillende, særlig for lengere avstander. Da imidlertid hvert reflekterende element behandler to områder av betraktningsfeltet, kan det imidlertid oppstå tvil ved korte avstander mellom de to avsnitt av betraktningsfeltet som behandles av hver reflekterende element, på grunn av det felles av-bildningsområde.

I henhold til en variant av denne utførelse er det anordnet en rekke reflekterende elementer, ett for hvert område av betraktningsfeltet, idet det reflekterende element som er tilordnet i et bestemt område av betraktningsfeltet, er anordnet for å rette lys inn i den ene halvdel av en sliss i gitteret, mens et nærliggende reflekterende element er plassert for å rette lys mottatt fra den inntilliggende del av betraktningsfeltet gjennom den annen halvdel av samme sliss. For hver av de innbyrdes inntilliggende områder av betraktningsfeltet som dannes av en avbildning av en sliss,

er det med andre ord anordnet to adskilte reflekterende elementer, som er tilordnet forskjellige deler av vedkommende sliss.

Ved en annen utførelse av oppfinnelsen er en rekke reflekterende elementer som fokuserer elektromagnetisk energi, anordnet for avbildning av en elektromagnetisk energidetektor i rommet, idet hvert sådant fokuserende reflekterende element bringes til å betrakte et forskjellig avsnitt av betraktningsfeltet. Fortrinnsvis omfatter apparatet en ytterligere elektromagnetisk energidetektor, som er anordnet for å avbildes i rommet av en annen rekke av reflekterende elementer for fokusering av elektromagnetisk energi, idet elementene i nevnte ytterligere rekke er anordnet i mellomrommene mellom de fokuserende refleksjonselementer i nevnte første rekke samt plassert for betraktning av andre adskilte områder av betraktningsfeltet, og som er anordnet vekselvis med de avsnitt av betraktningsfeltet som betraktes av de fokuserende refleksjonselementer 'i nevnte første rekke. Vanligvis er de områder av betraktningsfeltet som er

tilordnet de forskjellige reflekterende elementer i begge elementrekker, av samme lengdeutstrekning i rotasjons-

planet, og i alminnelighet er det videre anordnet utstyr for kombinasjon av utgangssiden fra nevnte to detektorer i motfase før overføring til frekvensbestemmende utstyr.

Hvert fokuserende refleksjonselement er fortrinnsvis et sfærisk eller kuleformet reflekterende element.

De enkelte fokuserende refleksjonselementer er fortrinnsvis anordnet for å rette lys mottatt fra de respektive områder av betraktningsfeltet mot den tilordnede elektromagnetiske energidetektor over en rekke plane reflektorer, idet nevnte fokuserende reflektorelementer er anordnet for å ligge i et plan i avstand fra det plan hvori rekken av plane reflektorer ligger, men med de to sistnevnte plan parallelle med rotasjonsplanet, idet nevnte fokuserende og plane refleksjonselementer er skråstilt i forhold til retningen vinkelrett på rotasjonsplanet i en grad som er nødvendig for å opprette energiforplantningsbaner fra de fokuserende reflektorelementer til vedkommende detektor eller detektorer.

Fortrinnsvis er en annen rekke av plane reflektorelementer anbragt mellom førstnevnte rekke av plane reflektorer og vedkommende detektor eller detektorer, idet denne annen rekke av plane reflektorelementer ligger i et plan i avstand fra, men parallelt med nevnte plan hvor førstnevnte rekke av plane reflektorelementer ligger, samt på den side av planet som vender bort fra det plan hvor de fokuserende reflektorelementer ligger. De plane reflektorelementer i nevnte annen rekke er da også hensiktsmessig skråstilt i forhold til retningen vinkelrett på rotasjonsplanet. Detektoren eller detektorene kan ligge i samme plan som den annen rekke av plane reflektorelementer eller i et ytterligere plan i avstand fra, men parallelt med det plan hvor nevnte annen rekke av plane reflektorelementer er anordnet, samt på den side av dette plan som vender bort fra det plan hvori den første rekke av plane reflekterende elementer ligger.

I en praktisk utførelse hvor rotasjonsplanet er et horisontalt plan, er nevnte rekke av fokuserende refleksjonselementer anordnet i et nivå tvers over baksiden av et hus for å rette mottatt energi i måleretningen mot forsiden av huset samt inn på den første rekke av plane refleksjonselementer, som er anordnet på et lavere nivå og nærmere forsiden av huset, idet nevnte første rekke av plane refleksjonselementer er innstilt for å rette energi mot baksiden av huset og inn på den annen rekke av plane refleksjonselementer, som er anbragt på et ennå lavere nivå samt anordnet for å rette energi mot nevnte detektor eller detektorer, som er montert nærmere forsiden av huset på et nivå under nivået for den annen rekke av plane refleksjonselementer.

Rotasjonsaksen er fortrinnsvis anordnet for passasje tilnærmet gjennom midten av nevnte rekke av fokuserende og reflekterende elementer.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: fig. 1 viser de grunnleggende prinsipper i forbindelse med et apparat i henhold til oppfinnelsen for avstandsbestemmelse ved hjelp av infrarød energi;

fig. 2 og 3 er forklarende grafiske fremstillinger;

fig. 4 viser et skjematisk funksjonsdiagram for en praktisk utførelse av et avstandsbestemmende apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse;

fig. 5A og 5B viser mer detaljert deler av det arrangement som er angitt i fig. 4;

fig. 6 viser en utførelsevariant av det apparat som er vist i fig. 4,

fig. 7 og 8 er henholdsvis en planskisse og en oppriss-skisse av et annet praktisk retningsbestemmende apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse, og

fig. 9 er et blokkskjema som viser et retningsbestemmende anlegg som omfatter et apparat som angitt i fig. 7 og 8.

I fig. 1 er det vist et følsomhetsmønster i asimuttretningen og angitt ved linjer 1-11, idet dette mønster er opprettet i rommet f.eks. på en måte som er tidligere kjent i forbindelse med optisk utstyr for hastighetsmåling.

I det enkleste tilfelle kan følsomhetsmønstret være slik

at en mottager i et mottagningspunkt for infrarød stråling (f.eks. samlingspunktet F i fig. 1) mottar infrarød stråling fra forskjellige områder av betraktningsfeltet (f.eks. området mellom linjene 1 og 2, 3 og 4, 5 og 6, 7 og 8, 9 og 10) men ikke fra de gjenværende mellomliggende områder av betraktningsfeltet, nemlig mellom linjene 3 og 4, 4 og 5, 6 og 7, 8 og 9, samt 10 og 11. Denne virkning kan på enkel måte oppnås ved anvendelse av et hensiktsmessig gitter på målsiden av detektoren, idet dette gitter er innrettet for å uteslutte de gjenværende, mellomliggende områder av betraktningsfeltet. Det kan antas at det som hensiktsmessig kan kalles markering/romforholdet mellom de tilstøtende områder av betraktningsfeltet, har verdien 1. Ut fra prinsipielle betraktninger er forholdet mellom avstand d og tid t for jevn bevegelse gitt ved ligningen:

v x t = d

hvori v = hastighet i bevegelsesretningen.

Den samme informasjon kan også uttrykkes ved hjelp av det inverse uttrykk, nemlig:

med andre ord er romfrekvensen = Tidsfrekvensen (1)

hastigheten

Hvis følsomhetsmønsteret i fig. 1 dreies om et punkt P på symmetriaksen og i en avstand r fra samlingspunktet F, med en konstan vinkelhastighet u>, og avstanden til et mål T fra punktet P er R, så har man følgende ligning: v = Roj .. (2) og den grunnleggende romfrekvens f ssom frembringes av følsomhetsmønstret, er gitt ved: hvor 6 = den vinkel som dannes i samlingspunktet F mellom et linjepar, hvilket vil si den vinkel som foreligger mellom de to linjer som avgrenser et område av betraktningsfeltet. Ved kombinasjon av ligningene (1), (2) og (3) oppnås:

Hvis det antas at avstanden mellom periodene i følsomhets-mønstret ved den optiske åpning er s :

For et kollimert system, hvilket vil si et system hvor linjene 1-11 forløper parallelt, vil avstanden r være uhendig, hvilket forenkler ligningen (4) til:

I dette tilfelle er den grunnfrekvens som frembringes av det roterende følsomhetsmønster og målkonstrasten direkte proporsjonal med avstanden.

For et ikke kollimert system, hvor avstanden r er relativ liten, kan ligningen (4) tilnærmet skrives på følgende måte.

og grunnfrekvensen er uavhengig av avstanden til målet.

For et delvis kollimert system, hvori linjene 1-11 ikke er innbyrdes parallelle, men hvor avstanden r er relativt stor, kan ligningen (4) skrives på følgende måte: som kan direkte sammenlignes med ligning (5). Det vil innses at for en spesiell avstand R, vil systemet oppføre seg som et kollimert system med en periodeavstand på

For det delvis kollimerte system vil således avstanden mellom periodene øke med målavstanden. Dette gjør det mulig å anvende en mindre samlet optisk åpning, med periodeavstanden for følsomhetsmønsteret optimalt tilpasset størrelsen av målet i hensiktsmessig maksimal avstand- Fig. 2 angir f.eks. forholdet mellom faktorene

og R i det tilfelle avstanden mellom de enkelte linjepar ved den optiske åpning er valgt lik 0,1 m. Den effektive åpning for vedkommende linjepar for forskjellige verdier av r er oppstilt i tabell på følgende måte:

Nøyaktigheten av de avstandsmålinger som utføres av et sådant delvis kollimert system under den antagelse at to, s og r er konstant, kan fastlegges på grunnlag av ligning (4), idet det utføres logaritme-utledning og differensiering av denne ligning:

Av denne ligning følger at avstandsmålingenes nøyaktighet i forhold til et kollimert system avtar med faktoren:

Denne faktor er den inverse av økningen av periodeavstanden.

Hvis det antas at det foreligger et fast antall perioder i optiske åpning, vil båndbreddeandelen df/f være konstant.

Jo større verdi av r som anvendes jo bedre vil således systemet være egnet til å måle avstand og utelukke fluktuasjoner.

Frekvensfølsomheten for forskjellige verdier r er angitt i

fig. 3, I hvert tilfelle ble følgende parametre forutsatt:

For en praktisk utførelse av et bakkeovervåkingssystem som er i stand til å påvise mål innenfor et målområde på 5000 m, bør således r velges i området 500 til 1000 m. Dette vil medføre en effektiv optisk åpning ved 5000 m på 1,1 til 0,6 m pr. linjepar, med proporsjonal avtagende effektiv åpning for de kortere avstander innenfor området (se fig. 2).

Det vil innses at dimensjonen r er en viktig parameter ved den praktiske planlegging av et avstandsmålende system i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Jo større verdien av r velges, jo mer vil systemet nærme seg et kollimert system, og jo bedre vil systemet være istand til å bestemme avstanden og eliminere fluktuasjoner. Omvendt vil det forstås at jo mindre verdi av r som benyttes, jo større vil avstanden mellom periodene i det følsomme mønster bli, og jo mindre vil det totale omfang av det optiske system være.

Den praktiske konstruksjonsløsning vil derfor være

et kompromiss idet parameteren gjøres så stor som praktisk mulig. Dette oppnås ved tilpasning av periode-avstanden for det følsomme mønster med målets størrelse i den valgte maksimalavstand.

Det praktiske arrangement som nå skal beskrives under henvisning til fig. 4, 5a og 5b, er et arrangement som tillater en relativt stor verdi av r uten at dette medfører det store totale omfang av apparatet som ville foreligge ved den enkle sammenstilling i fig. 1.

I fig. 4, 5A og 5B er samme henvisningstall anvendt for

deler av apparatet som tilsvarer de deler som er vist i fig. 1.

1 motsetning til det arrangement som er vist i fig. 1, omfatter de deler som betraktningsfeltet er oppdelt i, ingen områder som tilsvarer de faste avsnitt av gitteret 12

mellom slissene. Dette forhold oppnås ved hensiktsmessig skråstilliiag av hver av de reflekterende elementer 13 - 20

på sådan måte at de frembringer et nærbilde av de respektive slisser i gitteret 12.

Energi mottatt fra hvert enkelt område i betraktningsfeltet gjennom de forskjellige slisser i gitteret 12, fokuseres ved hjelp av en energi-samlelinse 24 på et infrarødt detek-torarrangement som utgjøres av to adskilte detektorer 2 5N

og 25P. Detektoren 25N er anordnet for å motta energi gjennom den ene halvdel av hver sliss i gitteret 12, mens detektoren

. 25P er anordnet for å motta energi gjennom den annen halvdel. Det optiske arrangement av detektorene 25N og 25P, linsene 2 3 og 24 og gitteret 12 vil bli nærmere beskrevet i forbindelse med fig. 5A og 5B. Virkningen av disse optiske komponenter er imidlertid vist i fig. 4. Hvert område av betraktningsfeltet (f.eks. mellom linjeparet 1 og 2), som utgjøres av en avbildet sliss i gitteret 12, er selv oppdelt i to avsnitt nemlig ett avsnitt som betraktes av detektoren 25N og et annet avsnitt som betraktes av detektoren 25P. Hvis de elektriske utgangssignaler fra de to detektorer kombineres i motfase, hvilket vil si at utgangssignalet fra detektoren 25N in-verteres og adderes til utgangssignalet fra detektoren 25P, frembringes et følsomhetsmønster som vist ved 26.

Som det vil fremgå, varierer følsomhetsmønstret tvers over hvert område av betraktningsfeltet som betraktes gjennom en sliss, tilsvarnende en fullstendig variasjonscyklus, nemlig en negativ halvperiode tvers over det avsnitt som betraktes av detektoren 25N samt en positiv halvperiode over det avsnitt som betraktes av detektoren 25P.

Som allerede nevnt, består følsomhetsmønstret av ti områder av betraktningsfeltet, henhv. mellom linjene 1 og 2, 2 og 3, 3 og 4 o.s.v., idet hvert område utgjøres av et avsnitt med negativ følsomhet som betraktes av detektoren 25N samt et område med positiv følsomhet som betraktes av detektoren 25P. De ti forskjellige områder av betraktningsfeltet dannes ved avbildning i rommet av de respektive slisser i gitteret 12 over de ti adskilte reflekterende elementer 13 - 22 for infrarød stråling. Mellom gitteret 12 og de reflekterende elementer 13 - 22 er det anordnet en av-bildningslinse 23.

Detektoren 26, linsene 23 og 25, gitteret 12 og de enkelte reflekterende elementer 13 - 22 er innesluttet i et hus 2 7 som er montert for dreining i asimut-planet om punktet P.

Slissene i gitteret 12 er forholdsvis smale i asimut-planet, hvilket vil si rotasjonsplanet, som tilsvarer tegningplanet, men relativt lange i oppriss, hvilket vil si vinkelrett på rotasjonsplanet, med det formål å samle opp så meget energi som mulig.

Det optiske system er faktisk av delvis kollimert type, som allerede er blit prinsippielt omtalt tidligere i denne be-skrivelse. Linjene 1-11 som avgrenser de forskjellige deler av betraktningsfeltet, er divergerende i retning mot målet T, og hvis de ble forlenget bortenfor de reflekterende elementer 13 - 22, slik som antydet ved de stiplede linjer IV - IIV, ville de skjære hverandre i et fjerntliggende, virtuelt samlepunkt(ikke vist). Det vil således forstås at det ved hjelp av et arrangement som angitt i fig. 4

kan oppnås en meget stor effektiv avstand.r fra rotasjons-punktet P til samlepunktet, tilsvarende F i fig. 1, uten at det totale omfang av det optiske hode inne i hylsteret 27 behøver å være av upraktisk størrelse. Dette er et meget viktig forhold, ikke bare fordi det vil være mindre sann-synlighet for å oppdage hodet fra målet, jo mindre omfang hodet har.

Det skal nå spesielt henvises til fig. 5A og 5B, hvor gitteret 12 ligger i det konjugerte billedplan for objek-tivlinsen 23. For å dele den energi som mottas av hver sliss i to like deler, nemlig en del som skal mottas av detektoren 25N og en annen del som skal mottas av detektoren 25P, er det anordnet et symmetrisk prismeformet reflekterende element 28 (vist i større målestokk i fig. 5B) i hver sliss.

Energi fra den ene halvdel av informasjonsperioden i rommet avbildes på den ene skråflate på hvert prismeelement, mens energien fra den annen halvdel av informasjonsperioden i rommet avbildes på den annen skråflate på prismeelementet.

I hvert tilfelle avbøyes den energi som faller inn mot den ene skråflate (f.eks. den øverste på tegningen) i en bestemt retning (nedover på tegningen), mens den strålingsenergi som faller inn omt den annen skråflate avbøyes i en annen hoved-retning (oppover på tegningen). I den ferdig monterte sammenstilling konsentrerer konsensatorlinse-systemet 24 denne av-bøyde energi til de to områder hvor henhv. fotodetektorene 25N og 25P er plassert, på samme måte som om de forskjellige deler av strålingsenergien var utledet fra to effektive linser 23N og 23P, som er forskjøvet til hver sin side av objektiv-linsen 23, slik som antydet ved prikkede linjer. All energi fra positive halvperioder, som tilsvarer like ordenstall i følsomhetsmønstret, når således frem til den ene fotodetektor, nemlig 25P, mens all energi fra negative halvcykler, som har odde ordenstall, når frem til den annen fotodetektor, nemlig 25N, således at de mottatte signaler kan utbalanseres ved kombinasjon av utgangssignalene fra de to detektorer i motfase. Dette fremhever de ønskede signaler og vil ha en tendens til å bevirke utslukning av forstyrrende signaler.

Ved betraktning av fig. 6, hvor samme henvisningstall er anvendt for de komponenter som tilsvarer deler i fig. 4,

vil det innses at den eneste forskjell mellom det arrangement som er vist i fig. 6, og det som er beskrevet under henvisning til de tidligere nevnte fig. 4, 5A og 5B, er det forhold at hvert enkelt infrarødt reflekterende element 13 - 22 i fig. 4 er erstattet med to adskilte reflekterende elementer for infrarød stråling. De to adskilte reflekterende elementer som erstatter elementet 13 i fig. 4 er henhv. betegnet med 13P og 13N, mens de to elementer som erstatter elementet 14 i fig. 4, er betegnet med henhv. 14P og 14N, o.s.v. Elementene 13P, 14P, 15P, 16P, 17P, 18P, 19P, 20P,

21P og 22P er anordnet for å rette stråling fra de deler

av betraktningsfeltet som inneholder positive halvperioder av følsomhetsmønstret mot detektoren 25P, mens på lignende måte elementene 13N, 14N, 15N, 16N, 17N, 18N, 19N, 20N, 21N og 22N er anordnet for å rette stråling fra de områder av betraktningsfeltet som inneholder negative halvperioder av følsomhetsmønstret, mot detektoren 25N.

Virkemåten for dette arrangement tilsvarer den beskrevede virkemåte for den utførelse som er vist i fig. 4. Det vil imidlertid innses at tendensen til forveksling ved korte avstander mellom lys fra innbyrdes nærliggende områder av betraktningsfeltet, som en følge av det felles avbildnings-område for utførelsen i fig.4, er nedsatt.

I den utførelse som er vist i fig. 7 og 8 er det optiske system utført slik at det bare benytter seg av reflekterende

elementer og ikke omfatter:anvendelse av gitter. Fig. 7

er en planskisse i rotasjonsplanet om punktet P, mens fig.

8 viser et oppriss i snitt.

Følsomhetsmønstret er her frembragt av tyve sfæriske fokuserende reflektorelementer 2 7A - 46A for infrarød stråling. Disse reflekterende elementer er montert på et øvre nivå tvers over baksiden av et hus 47 med en flate 48,

som enten er åpen eller avstengt ved hjelp av en plate som slipper gjennom infrarød stråling.

Liksom ved de utførelser som er vist i fig. 4 og 6, er betraktningsfeltet oppdelt i ti områder, som hver utgjøres av to like avsnitt mellom linjene 49 og 50, 50 og 51, 51 og 52, osv. Hvert sådant avsnitt omfatter en fullstendig periode av følsomhetsmønstret, som atter er gjengitt ved 26. Som ved det arrangement som er vist i fig. 6,

er det anordnet et spesielt tilordnet reflekterende element 27A - 46A til hvert område av betraktningsfeltet. Refleksjonselementene 27A - 46A med odde ordenstall mottar energi fra avsnitt av betraktningsfeltet som omfatter positive halvperioder av følsomhetsmønstret, mens de reflekterende elementer 27A - 46A som har like ordensnummer mottar strålingsenergi fra avsnitt av betraktningsfeltet som omfatter negative halvperioder av følsomhetsmønstret. Følsomhetsmønstrets periodiske karakter skriver seg atter fra det forhold at det benyttes to infrarøde detektorer, hvis utgangssignaler kombineres i motfase. Disse to infrarøde detektorer er betegnet med henholdsvis 25N og 25P, idet de hovedsakelig tilsvarer detektorene med samme henvisningstall i de utførelser som er vist i fig. 4 og 6.

I horisontalplanet er aksene for refleksjonselementene

27A - 46A anordnet slik at de forløper langs midtlinjene av følsomhetsmønstrets positive og negative avsnitt. Dette føl-somhetsmønster kan være helt eller delvis kollimert, slik som tidligere omtalt. I vertikalplanet er de reflekterende ele-

menter 21A - 46A skråstilt i retning nedover (slik det best vil fremgå av fig.8), således at hvert element retter sin mottatte strålingsenergi mot et tilordnet speil i en første rekke av 20 plane speil med betegnelsene 27B - 46B,

som er anordnet på et lavere nivå henimot forsiden av huset 47. Hvert plant reflekterende element 27B - 46B er i sin tur anordnet for å reflektere sin mottatte strålingsenergi mot hver sin plane reflektor i en ytterligere rekke på

20 sådanne reflektorer med henvisningstall 27C - 46C,

og som er anordnet på et annå lavere nivå henimot baksiden av huset 47.

Denne annen rekke av plane reflektorer 2 7C - 46 C er anordnet for å reflektere mottatt energi mot den ene eller den annen av de to tidligere nevnte infrarøde detektorer 25N og 25P,

som er montert nær forsiden av huset og i et nivå som er lavere enn nivået for den annen rekke av plane reflektorer.

Som vist er de plane reflektorer, som er betegnet med 27B - 46B, skråstilt i horisontalplanet for å frembringe "næravbildninger" i det oppstilte system, samtidig som de er skråstilt i vertikalplanet for å kunne reflektere energi skrått nedover mot de reflekterende elemente 27C - 46C på lavere nivå.

Det vil innses at energi mottatt av plane reflektorer 27C - 46 C med odde ordenstall er rettet mot detektoren 25P, mens plane reflektorer 27c - 46 C med like ordenstall retter mottatt strålingsenergi mot detektoren 25N. Detektoren 25P mottar således energi fra de fokuserende refleksjonselementer 27A - 46A med odde ordenstall og dermed fra avsnitt av betraktningsfeltet som omfatter positive halvperioder av følsomhets-mønstret, mens detektoren 25N mottar energi fra fokuserende refleksjonselementer 27A - 46A med like ordenstall og således fra de avsnitt avrbetraktningsfeltet som omfatter negative halvperioder av følsomhetsmønstret. Utgangssignalet fra detektoren 25N gis, som allerede nevnt, omvent polaritet før

det kombineres med utgangssignalet fra detektoren 25P.

Det kombinerte signal gjøres så til gjenstand for frekvens-deteksjon som allerede beskrevet. En sådan signal-behandling utføres for å oppnå en balanserende virkning som nedsetter anleggets følsomhet for støy.

Den samlede lengde av forplantningsbanen mellom reflektorene 27A - 46A og detektorene 25P og 25N, sammen med brennviddene for de fokuserende refleksjonselementer 27A - 46A er valgt slik at vedkommende detektorer avbildes i et fastlagt område, valgt etter ønske, samt med en sådan forstørrelse at en detektor avbildes slik at den fyller en halvperiode (hvilket vil si halvparten av avstanden mellom linjene 49 og 50, 50 og 51, osv.) i det foreliggende målområde.

Fordelene ved det system som er vist i fig. 7 og 8, sammen-lignet f.eks. med det system som er vist i fig. 4 eller fig. 6, er at det tillater avbildning langs aksen i det viktige horisontalplan (som antas å være rotasjonsplanet) med det formål å oppnå nedsatt aberasjon. Det viste system er horisontalt diffraksjonsbegrenset. Det forhold at foku-seringselementene 27A - 46A er skråstilt i forhold til vertikalretningen har ingen praktiske følger, da den lille absorpsjon som derved vil fremkomme i vertikalplanet, lett kan tolereres. Ved anvendelse av bare reflekterende elementer kan videre alle kromatiske virkninger unngås.

Det vil også forstås at denne konstruksjon tillater inn-stilling av kollimerings-graden ved hensiktsmessig justering av hver av de fokuserende refleksjonselementer 27A - 46A.

Det system som er vist i fig. 9 omfatter et avsøkningshode 60, av den art som allerede er vist i fig. 7 og 8. To infrarøde detektorer er skjematisk vist ved 25N og 25P. Utgangssignalet fra den infrarøde detektor 26N er forbundet med en invertor 61, og utgangssignalet for denne invertor 61 kombineres med utgangssignalet fra den annen infrarøde detektor 26P.

Det kombinerte utgangssignal påtrykkes inngangene til et

antall (i dette tilfelle 4) båndpass-filteret 62, 63, 64

og 65. Hvert båndpass-filter har et passbånd som kan være meget smalt eller forholdsvis bredt, alt etter ønske, og tilsvarende det målevindu som er av interesse. Utgangen for hvert båndpass-filter 62 - 65 er forbundet med inn-

gangen for en tilordnet detektor, henholdsvis 66, 67, 68 og 69. Hver frekvensdetektor 66-69 er innrettet for å frembringe

et utgangssignal hvis den detekterer en hvilken som helst frekvens som slipper i gjennom det tilordnede båndpass-

filter. Utgangene for frekvensdetektorene 66 - 69 er tilkoblet inngangene for fire indikatorer, henhv. 70, 71,

72 og 73. Hver av indikatorene 70 - 73 er av sådan ut-

førelse at den frembringer en anvisning i ønsket form hvis et mål påvises innenfor et avstandsområde som tilsvarer det målevindu som utgjøres av vedkommende båndpass-filter.

I sin enkleste form kan indikatoren være slik at den bare påkaller operatørens oppmerksomhet.

Som vist, påtrykkes utgangssignalet fra hver av båndpass-filtrene 62 - 65 også en frekvensmålende avstandsindikator 74, slik at også avstanden til et mål angis. Denne frekvensmålende avstandsindikator omfatter hovedsakelig minst en kombinasjon av frekvens/likestrøm-omformer og måleinstrument. En sådan kombinasjon kan være anordnet for hvert målevindu eller felles for et antall eller alle sådanne målevinduer,

ved hensiktsmessig kombinasjon av de utganger fra filterne 62 - 65 som er forbundet med indikatoren 74. Indikatorens elektriske utførelse er av samme art som anvendes for å angi hastighet ved hjelp av Doppler-frekvens i et radaranlegg.

Claims (23)

1. Apparat for avstandsbestemmelse og som omfatter energi-følsomt utstyr anordnet for å motta elektromagnetisk energi samtidig fra forskjellige, ved skillelinjer innbyrdes adskilte områder av et betraktningsfelt, samt en anordning for å dreie betraktningsfeltet om en rotasjonsakse for derved å sveipe feltet over et mål, karakterisert ved at rotasjonsaksen er anordnet på målsiden av et.fokuseringspunkt hvor skillelinjene mellom de forskjellige områder av betraktningsfeltet er brakt til å løpe sammen, ved hjelp av fokuserende utstyr således at et elektrisk utgangssignal fra det energifølsomme utstyr kommer til å omfatte en frekvenskomponent som er avhengig av avstanden.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fokuserende utstyr er anordnet slik at skillelinjene mellom de forskjellige områder av betrakningsfeltet er parallelle således at det punkt hvor linjene løper sammen ligger i uendeligheten.

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det fokuserende utstyr er anordnet slik at skillelinjene mellom de forskjellige områder av betrakningsfeltet divergerer i retning mot målet.

4. Apparat som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at det energifølsomme utstyr omfatter et antall enkelte energifølsomme innretning-er som hver er anordnet for å motta energi fra et spesielt tilordnet område av nevnte innbyrdes adskilte områder av betrakningsfeltet, og som på utgangssiden er anordnet for kombinasjon av innretningenes utgangssignaler.

5. Apparat som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at nevnte energifølsomme utstyr omfatter en energifølsom detektor anordnet for å motta energi fra alle nevnte innbyrdes adskilte områder av betraktningsfeltet .

6. Apparat som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at nevnte energifølsomme utstyr er følsomt for infrarød energistråling.

7. Apparat som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at det fokuserende utstyr omfatter en rekke enkelte reflekterende elementer, ett for hvert område av betraktningsfeltet, og er anbragt mellom det punkt hvor skillelinjene løper sammen og rotasjonsaksen, idet de reflekterende elementer er anordnet for å rette elektromagnetisk energi gjennom hver sin sliss i et gitter mot en felles detektor.

8. Apparat som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte slisser er smale i rotasjonsplanet og relativt lange i et plan som danner rett vinkel med rotasjonsplanet, for å oppnå gode energioppsamlingsegenskaper.

9. Apparat som angitt i krav 7-8, karakterisert ved at nevnte enkelte reflekterende elementer er skråstilt på sådan måte at slissene i gitteret næt-avbildes i betraktningsfeltet, således at dette felt oppdeles i en rekke innbyrdes inntilliggende deler som utgjør en avbildning av hver sin tilordnede sliss, mens organer er anordnet for optisk oppeling av hver sliss, og således av hver av nevnte inntilliggende deler av betraktningsfeltet, i to avsnitt langs slissens lengdeutstrekning på tvers av nevnte rotasjonsplan, hvorved energi mottatt av det ene avsnitt av hver sliss rettes mot en første detektor, og energi mottatt av det annet avsnitt av hver sliss rettes mot en annen detektor, idet detektorene er anordnet for kombinasjon av sine respektive utgangssignaler i motfase-for overføring av frekvensmålingsutstyr.

10. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at det omfatter en rekke enkelte reflekterende elementer, ett for hvert område av betraktningsfeltet, idet det reflekterende element'for et bestemt område av betraktningsfeltet er anordnet for å rette stråling inn i et tilordnet avsnitt av en sliss i gitteret, mens det inntilliggende reflekterende element er anordnet for å rette stråling mottatt fra det inntilliggende område av betraktningsfeltet gjennom det annet avsnitt av samme sliss.

11. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at det omfatter en rekke fokuserende elementer innrettet for refleksjon av elektromagnetisk energi og anordnet for å avbilde en elektromagnetisk energidetektor i rommet, idet de fokuserende refleksjonselementer er anordnet for å betrakte hvert sitt tilordnede, innbyrdes adskilte område av betraktningsfeltet.

12. Apparat som angitt i krav 11, karakterisert ved at det omfatter en annen elektromagnetisk energidetektor som er anordnet for å avbildes i rommet av en annen rekke fokuserende elementer innrettet for refleksjon av elektromagnetisk energi, hvorunder de fokuserende refleksjonselementer i nevnte annen rekke er anbragt i hver sitt mellom-rom mellom de fokuserende refleksjonselementer i nevnte første rekke samt anordnet for betraktning av hvert sitt adskilte avsnitt av betraktningsfeltet som betraktes av de fokuserende refleksjonselementer i nevnte første elementrekke.

13. Apparat som angitt i krav 11 eller 12, kiarakterisert ved at de avsnitt av betraktningsfeltet som betraktes av samtlige reflekterende elementer i begge elementrekker, har samme lengdeutstrekning i rotasjonsplanet, mens utstyr er anordnet for kombinasjon av utgangssignalene fra de to detektorer i motfase før overføring til frekvensmålingsutstyr.

14. Apparat som angitt i krav 11-13, karakterisert ved at hvert fokuserende refleksjonselement utgjøres av et sfærisk reflekterende element.

15. Apparat som angitt i krav 11-14, karakterisert ved at hvert enkelt fokuserende refleksjonselement er anordnet for å rette stråling mottatt fra det tilordnede område av betraktningsfeltet mot vedkommende tilordnede elektromagnetisk energidetektor via en elementrekke av plane reflektorer, idet nevnte fokuserende refleksjonselementer er anordnet for å ligge i et plan i avstand fra det plan hvori rekken av plane reflekterende elementer ligger, men således at nevnte to plan forløper parallelt med rotasjonsplanet, og de fokuserende og plane refleksjonselementer er skråstilt i forhold til retningen perpendikulært på rotasjonsplanet i sådan grad som påkrevet for å opprette de nødvendige forplantningsbaner fra de fokuserende refleksjonselementer til vedkommende detektor eller detektorer.

16. Apparat som angitt i krav 14, • kara kl teri sert ved at en annen rekke av plane reflekterende elementer og vedkommende detektor eller detektorer, idet den annen rekke av sådanne plane elementer er anordnet i et plan i avstand fra, men parallelt med det plan hvori nevnte første rekke av plane reflekterende elementer er anbragt, samt på den side av dette plan som vender bort fra det plan hvori de fokuserende refleksjonselementer ligger, samtidig som også de plane reflekterende elementer i nevnte annen elementrekke er skråstilt i forhold til retningen perpendikulært på rotasjonsplanet.

17. Apparat som angitt i krav 16, karakterisert ved at detektoren eller detektorene ligger i samme plan som den annen rekke av plane reflekterende elementer.

18. Apparat som angitt i krav 16, karakteris ;ert ved at detektoren eller detektorene ligger i et ytterligere plan i avstand fra, men parallelt med den plan hvori nevnte annen rekke av plane reflekterende elementer er anordnet, samt på den side av dette plan som vender bort fra det plan hvori den første rekke av plane reflekterende elementer ligger.

19. Apparat som angitt i krav 11-16, karakterisert ved at rotasjonsplanet er horisontalt og nevnte rekke av fokuserende refleksjonselementer er anordnet i et nivå tvers over baksiden av et hus for å rette mottatt strålingsenergi i målretningen henimot forsiden av huset og inn mot nevnte første rekke av plane refleksjonselementer som er anordnet på et lavere nivå henimot forsiden av huset, idet nevnte første rekke av plane refleksjonselementer er anordnet for å rette energi mot baksiden av huset inn mot nevnte annen rekke av plane reflekterende elementer, som er anbragt på et ennå lavere nivå samt anordnet for å rette energi mot nevnte detektor eller detektorer som er montert henimot forsiden av huset i et nivå under nivået for nevnte annen rekke av plane reflekterene elementer.

20. Apparat som angitt i krav 11-19, karrakterisert ved at rotasjonsaksen er ført tilnærmet gjennom midtpunktet av nevnte rekke av fokuserende refleksjonselementer.

21. Apparat som .angitt i krav 1-20, karakterisert ved at frekvensefølsomt utstyr er anordnet for å motta utgangssignalet fra nevnte energi følsomme utstyr for angivelse av avstanden til et mål.

22. Apparat som angitt i krav 1-21, karakterisert ved at ett eller flere selektive frekvensbånd-filtere er tilkoblet utgangssiden av nevnte energifølsomme utstyr for å frembringe ett eller flere målvinduer, således at utvalgte avstandsområder til målet utelukkes.

23. Apparat som angitt i krav 22, karaki.terisert ved at utgangssignalet fra minst ett nevnt filter tilføres en frekvensfølsom anordning som, frembringer et signal for angivelse av nærvær av et mål i en avstand av interesse innenfor det område som dekkes av vedkommende målvindu eller vinduer.