DE2202175C3 - Einrichtung zur Stabilisierung einer Visierlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Stabilisierung der Visierlinie nach dem Oberbegriff des An-Spruchs 1.

Es ist bekannt, Vorrichtungen dadurch zu stabilisieren, daß man sich einmal mit Hilfe des Kreiselprinzips ein raumfestes Rotationsbezugssystem und mit Hilfe von Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnahmen ein raumfestes Translationsbezugssystem verschafft, Positionsabweichungen der Vorrichtungen von diesen Bezugssystemen bestimmt und durch geeignete Steuerorgane die ursprüngliche Position wiederherstellt

Besteht eine solche Vorrichtung z.B. aus einem Beobachtungsgerät, so können Translationsbewegungen vernachlässigt werden. Man begnügt sich in diesem Fall mit einer dreiachsigen Winkelstabilisierung mit Kreiseln. Diese Prinzipien haben einmal den Nachteil, daß z.B. bei sinusförmiger Winkelbewegung des Beobachters zum Objekt der Frequenzbereich um / — 0 infoige von Kreiselfehlern nur asymptotisch erreicht wird. Ein weiterer Nachteil liegt in der raumfesten Stabilisierung. Dadurch wird die Objektbewegung relativ zum Raum nicht erfaßt In vielen praktischen Fällen ist es für eine Stabilisierung nur wichtig, daß eine bestimmte Achse, z. B. die Visierlinie eines Fernrohres, deren Lage von der zu stabilisierenden Vorrichtung bestimmt wird, d. h. vom Beobachter, immer durch das interessierende Objekt geht

Ein weiteres Problem bei optischen Beobachtungsgeräten in Fahrzeugen, die stark wechselnden Beschleunigungen ausgesetzt sind, liegt für den Beobachter darin, seine Augenpupille innerhalb der Austrittspupille des optischen Systems zu halten. Man hat versucht, diese Aufgabe durch Vergrößerung der Austrittspupille, Übergang auf Projektions- oder gar Fernsehschirme zu lösen. Auch optische Gelenke sind vorgeschlagen worden. Die genannten Prinzipien haben den Nachteil, daß nur mit erheblichem Aufwand eine brauchbare Lösung zu erzielen ist Zudem Findet keine berührungslose direkte Verkopplung zwischen der veränderlichen Relativlage der Augen- und der Austrittspupille statt

Aus der DE-PS 15 48 493 ist eine Vorrichtung zur Feinnachführung einer Ziellinie bekannt, bei der das Zielobjekt mit einem Laserstrahl beaufschlagt wird. Durch Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem bestrahlten Oberflächeneiement des Zielobjekts entstehen Interferenzen in einem Strahlungsfeld, das von einem optischen System aufgefangen und als Rückstrahlmuster durch ein Gitter hindurch auf einen fotoelektrischen Sensor geworfen wird. Bei bewegtem Zielobjekt liefert der Sensor elektrische Impulse, die gezählt und zur Nachführung der Zieleinrichtung verwendet werden. Die Entstehung des Rückstrahlmusters (Speckies) ist von der Benutzung eines Lasers abhängig. Das Zielobjekt muß von dem Laserstrahl getroffen werden. Damit wird eine Ortung des zielenden Systems erleichtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und einer Beobachtungsoptik zu schaffen, die ohne aufwendige Trägheitsstabilisatoren auskommt, direkt durch die Objektposition gesteuert ist und bei der die dargelegten Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Einrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß Mittel vorhanden sind, mittels welcher aus der Stellgröße des Nachführsystems Meßwerte über Größe und/oder Richtung der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Visierlinie abgeleitet werden. Die neue Einrichtung wird mit Vorteil so angewandt, daß als Objekt ein Teil des Gesichtes, beispielsweise das Auge, eines Beobach-

ters eines mit dem Nachführsystem gekoppelten optischen Gerätes oder eiae künstliche Markierung verwendet ist

Es erweist sich für die vorliegende Einrichtung weiterhin als Vorteil wenn Mittel zur definierten, vorzugsweise kontinuierlichen Bewegung der Rasterstruktur relativ zur optischen Achse des optischen (Correlators vorgesehen und in den Strahlengang zwei l/4-Plättchen eingelugt sind.

Der besondere Vorteil der neuen Vorrichtung liegt in lern geringen benötigten technischen Aufwand. Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Stabilisieeiner Visierlinie sind nachfolgend anhand von manschen Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Einrichtung mk Abtastung zweier Gitter urZwei-Koordiitaten-Messung, F i g- 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Stabiierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und iner Beobachtungsoptik,

Fig.3 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem optischen Gerät einem Teil des Gesichtes des Beobachters dieses iptischen Gerätes.

In der als Beispiet für einen ivleßkopf schematisch largestellten Einrichtung nach F i g. 1 bildet ein tjektiv 1 ein nicht dargestelltes Objekt über einen larisierenden Teiler 2 auf zwei Gitter 3', i" ab. Diese itter sind so ausgestaltet, daß sich auf einem ransparenten Träger reflektierende Marken befinden, ie die Gitter 3', 3" durchdringenden Strahlungsanteile [dangen über Kondensorlinsen 23, 24 auf fotoelektri- :he Empfänger 27, 29. Die von den Gittermarken iflektierten Strahlungsanteile werden über den Teiler einen weiteren polarisierenden Teiler 22 sowie ondensoren 25,26 fotoelektrischen Empfängern 28,30 ugeführt Wie ersichtlich, ist zwischen den Teiler 2 und ie Gitter 3', 3" je eine λ/4-Platte 20, 21 eingefügt, so aß die Polarisationsverhältnisse der an den Gittern Reflektierten Strahlungsanteile gegenüber den einfallen fen gerade vertauscht werden. Mit dieser Anordnung rhält man in verlustarmer Weise aus den von den f^ittern 3', 3" reflektierten bzw. durchgelassenen nteilen des Objektbildes an den Ausgängen der mpfängerpaare 27, 28 und 29, 30 gleichstarke Gegentaktsignale, die den KoordinatenriclUungen zugeordnet sind. Bei fester Relativlage von Objekt und l^otoelektrischen Empfängerpaaren haben die Gegen-Maktsignale eine Zeitfrequenz, die nur der Bewegungsgej; schwindigkeit einer (vorzugsweise definierten) Beweivgung der Gitter in ihren Ebenen proportional ist. Bei * bewegtem Objekt dagegen erhält man Zeitfrequenzen, die je nach Bewegungsrichtung des Objektes entweder ■ Sder Summe oder der Differenz von Objekt und j'öittergeschwindigkeit in den jeweiligen Koordinaten-' richtungen proportional sind. Aus diesen Signalen lassen : Sich in bekannter Weise durch Vergleich mit nur von ijden Gitterbewegungen abgeleiteten Signalen, z. B. !mittels phasenempfindlicher Gleichrichter ais Ver- ; gleichsstufen, Größe und Richtung der Objektbewe-, gung bestimmen.

Soll die Umlage gemessen werden, so muß die Anzahl der durchlaufenen Perioden an den Ausgängen der Vergleichsstufen unter Berücksichtigung der ebenfalls vorhandenen Richtungsinformation gezälilt werden.

In F i g. 2 trägt eine zu stabilisierende Visierlinie das Bezugszeichen 4. Diese Linie verbindet ein Objekt 5 mit einer Beobachtungsoptik 6. Durch einen in dieser

befindlichen Teiler 7 wird aus dem Strahlengang ein Teil 8 zur Steuerung eines optischen !Correlators 9 beispielsweise nach Art der F i g. 1 abgezweigt Diesem Korrelator ist eine Auswerte-Elektronik mit angeschlossener Stellvorrichtung 11 nachgeschaltet Letztere kann über einen Steuerann 12 auf die Beobachtungsoptik 6 so lange einwirken, bis die Visierlinie 4 wieder zwischen der Beobachtungsoptik 6 und dem Objekt 5 verläuft Eine Einrichtung 13 dient zur Anzeige von aus der Stellgröße der Vorrichtung 11 abgeleiteten Meßwerten nach Größe, Richtung und/oder Geschwindigkeit der Relativbewegung des Objektes 5 bezüglich der Beobachtungsoptik 6.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Variante dient der Stabilisierung der Visierlinie 14 zwischen einem, optischen Gerät 15 und dem Auge 16 eines Beobachters. In diesem Fall ist eine mit dem Gerät 15 fest verbundene Infrarot-Strahlungsquelle 17 vorgesehen, die das Auge 16 so beleuchtet, daß es über einen Teiler 7 in einen optischen Korrelator 9 abgebildet wird. Die Auswertung der Ausgangssignale des Korrelator 9 erfolgt hier genauso wie in der mit F i g. 2 beschriebenen Einrichtung, und die Nachführung des Okulars 15' ist derart, daß dem Auge des Beobachters stets die Pupille des Gerätes 15 gegenübersteht derart, daß die Gerätepupille die Augenpupille überdeckt Dies ist für Beobachtungen von sich bewegenden Fahrzeugen aus wichtig.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einfallenden Strahlengänge für das Beobachtungsgerät und für den Korrelator miteinander verflochten. Um eine Lichtschwächung für die visuelle Beobachtung zu vermeiden, ist es dann von Vorteil, für Beobachtung und Korrelator unterschiedliche Spektralbereiche zu verwenden.

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die Anordnung auch so gewählt werden kann, daß die Beobachtungseinrichtung und die Korrelationseinrichtung mit unterschiedlichen einfallenden Lichtbündeln beaufschlagt werden, etwa dadurch, daß die Korrelationseinrichtung seitlich vom Beobachtungsobjektiv und starr mit diesem verbunden angeordnet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Stabilisierung der Visierlinie zwischen einem Objekt und einer Beobachtungsoptik, die sich relativ zueinander bewegen, mit Hilfe von Meßsignalen, welche aus der Ablage der Visierlinie nach Größe, Richtung und Vorzeichen abgeleitet sind und nach Art eines optischen !Correlators aus der Modulation eines vom Objekt kommenden Strahlungsflusses an einer Gitterstruktur mit Hilfe eines fotoelektrischen Empfängers gewonnen werden und mit welchen die Rückführung der Visierlinie nach Verarbeitung in einer Auswerteelektronik mit nachgeordnetem Nachführsystem und/oder nachgeordneter Anzeigevorrichtung gesteuert wbd, dadurch gekennzeichne;, daß der opüsche Korrelator dieser Einrichtung wie folgt aufgebaut ist:

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— er enthält ein das Objekt auf mindestens eine Rasterstruktur (3', 3") inkohärent abbildendes optisches System (1),

— wobei die Strukturelemente der Rasterstruktur senkrecht zur Teilungsrichtung abwechselnd ₂s aus zwei optisch unterscheidbaren Wirkungsflächen bestehen,

— weiterhin ist vorgesehen

ein dieser Rasterstruktur (3', 3") zugeordnetes fotoelektrisches Empfängersystem _Μ (27,28; 29,30), dessen

Ausgangssignale aus den Lichtflüssen abgeleitet werden, die den unterscheidbaren Wirkungsflächen zugeordnet sind, und die aus dem Zusammenwirken von reellem Objektbild und Rasterstruktur (3', 3") resultieren, und die

zueinander im Gegentakt sind,

— und es sind Mittel zur definierten, vorzugsweise kontinuierlichen Bewegung der Rasterstruktur (3', 3") relativ zur optischen Achse des optischen !Correlators (1,3', 3", 27,29) vor gesehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, mittels weicher aus der Stellgröße des Nachführsystems (11, 12) Meßwerte über Größe und/oder Richtung der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Visierlinie abgeleitet werden.

3: Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Objekt ein Teil des Gesichtes, beispielsweise das Auge (16) eines Beobachters eines mit dem Nachführsystem (11, 12) gekoppelten optischen Gerätes (15) oder eine künstliche Markierung verwendet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang zwei -^--Plättchen (20,21) eingefügt sind.

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