CH619783A5

CH619783A5 -

Info

Publication number: CH619783A5
Application number: CH935277A
Authority: CH
Inventors: Dieter Schick
Original assignee: Leitz Ernst Gmbh
Priority date: 1976-08-23
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1980-10-15
Also published as: GB1540962A; FR2363252B1; JPS5327080A; IT1117115B; SE7709433L; DE2637844C2; JPS603615B2; US4191477A; FR2363252A1; SE430004B; DE2637844A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur getrennten Auswertung von Bildinhalten nach zwei Koordinatenrichtungen der Bewegung.

Es sind verschiedene Anordnungen bekannt, mit denen die Bewegung von Objekten, die keine systematischen, die Lichtphase oder -amplitude beeinflussende Markierungen besitzen, auf optoelektronischem Wege erfasst und nachgewiesen werden kann.

Wenn die Bewegung in einer Ebene senkrecht zur Beobachtungsrichtung erfolgt, muss der Bildinhalt des Objektes nach x-und y-Koordinaten der Bewegung zerlegt werden, um die

Bewegungsrichtung in der Bewegungsebene festlegen zu können. Im einfachsten Fall kann dazu entsprechend der US-PS 3 677 647 für jede Koordinatenrichtung eine eigene Bildaufnahme- und Signalauswerteinrichtung vorgesehen werden. Das ist gerätemässig sehr aufwendig.

Die in der DE-OS 2 237 564 beschriebene Anordnung sieht nur noch eine gemeinsame Bildaufnahmeeinrichtung vor und besitzt zur Koordinatentrennung ein spezielles Ortsfrequenzfilter, dem ein dazu ausgerichtetes, nach zwei Koordinatenrichtungen beugendes Korrelationsgitter nachgeordnet ist. In einer anderen Ausgestaltung sind dem Ortsfrequenzfilter bildumlenkende Mittel zugeordnet, die die den Koordinatenrichtungen zugeordnete Bildinhalte in unterschiedliche Richtungen lenken, in denen diese mit Hilfe von getrennten, eindimensional geteilten Korrelationsgittern analysiert werden.

Bei der erstgenannten Anordnung mit dem zweikoordinati-gen Korrelationsgitter sind alle optischen Bauelemente nur einfach vorhanden. Bei der Signalauswertung können sich jedoch Schwierigkeiten durch ein Übersprechen der einzelnen Informationskanäle ergeben. Die zweitgenannte Anordnung mit den bildumlenkenden Mitteln überwindet zwar diese Schwierigkeiten in der Signalauswertung, benötigt dafür aber ein zusätzliches Korrelationsgitter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens anzugeben, durch das die Bildinhalte, aus denen die Richtungsinformationen über die Bewegung eines Objekts gewonnen werden, in einfacher Weise getrennt voneinander ausgewertet werden können, ohne dass der Bauteileaufwand für Bildaufnahme und Bildkorrelation gegenüber einer eindimensionalen Analyse erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erf indungsgemäss dadurch gelöst, dass der Abbildungsstrahlengang für ein Objekt durch einen Strahlenteiler in zwei Strahlengänge aufgespalten und zwei Bilder erzeugt werden und dass diese beiden Bilder mit Hilfe von Umlenkspiegeln nebeneinanderliegend auf ein gemeinsames, in x- und/oder y-Richtung periodisches Korrelationsgitter in der Weise abgebildet werden, dass beide Bilder relativ zueinander um 90° gedreht sind und dass mittels eines fotoelektrischen Empfängersystems die beiden durch das Korrelationsgitter hindurchtretenden Lichtflüsse in die gewünschte Messgrösse darstellende elektrische Signale umgewandelt werden. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn orthogonale Komponenten des Objekts mit verschiedenem Abbildungsmassstab auf das Korrelationsgitter abgebildet werden.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im Strahlengang eines Abbildungssystems eine unter 45° zur optischen Achse des Systems stehende Strahlenteilerfläche angeordnet ist, der jeweils eine unter 45° zum durchgelassenen und gespiegelten Strahlenbündel stehende Spiegelfläche derart nachgeordnet ist, dass die optischen Achsen der an der Teilerfläche aufgespaltenen Strahlenbündel zueinander parallel sind und dass den Spiegelflächen ein in x-und/oder y-Richtung periodisches Korrelationsgitter in einer den beiden Strahlenbündeln gemeinsamen Zwischenbildebene der Abbildungsoptik nachgeordnet ist und diesem Korrelationsgitter ein wenigstens einen Empfänger enthaltendes fotoelektrisches Empfängersystem zugeordnet ist, dessen AuSgangs-signale die gewünschte Messgrösse darstellen. In einer speziellen Ausführungsform können die Strahlenteilerfläche und die Spiegelfläche durch eine Prismenkombination gebildet werden, die wirkungsmässig aus vier gleichschenklich rechtwinkligen Prismen in der Weise zusammengesetzt ist, dass zwei dieser Prismen mit ihren Basisflächen aneinander liegen und die Strahlenteilerfläche einschliessen und die beiden anderen Prismen jeweils mit einer Kathetenfläche an aneinanderstossenden Kathetenflächen

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der beiden ersten Prismen so angesetzt sind, dass ihre freien Kathetenflächen zumindest nahezu in einer Ebene liegen. Besondere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn die Abbildungsoptik als anamorphotisches System ausgebildet ist oder wenn in mindestens einem der die Prismenkombination verlassenden Strahlenbündel eine zusätzliche, den Abbildungsmassstab beeinflussende Optik angeordnet ist.

Die nach dem neuen Verfahren oder in den Anordnungen anfallenden Signale können auch zur Entfernungsmessung verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfin-dungsgemässen Anordnung dargestellt. Es wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 : schematisch den Aufbau in räumlicher Darstellung und

Fig. 2: eine Aufsicht auf die Prismenkombination.

In Fig. 1 wird ein Objekt 10, dessen Bewegung in der durch die x-y-Koordinaten aufgespannten Ebene zu erfassen ist, über eine Abbildungsoptik 11 durch eine Prismenkombination 13 hindurch in eine Ebene 14 abgebildet.

Wesentliche Bestandteile der Prismenkombination 13 sind eine Strahlenteilerfläche 15 und zwei Spiegelflächen 16,17. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht die Prismenkombination 13 aus vier gleichen, rechtwinklig gleichschenkligen Prismen 18,19, 20,21 mit quadratischen Kathetenflächen. Die Prismen 18,19 sind mit ihren Basisflächen aneinandergesetzt und schliessen die Strahlenteilerfläche 15 ein. Die Spiegelflächen 16,17 werden von den Basisflächen der Prismen 20,21 gebildet, die jeweils mit einer Kathetenfläche an aneinander-grenzende Kathetenflächen der Prismen 18,19 gesetzt sind. Die beiden anderen Kathetenflächen der Prismen 20,21 liegen in einer Ebene oder zumindest in parallelen Ebenen.

Selbstverständlich können die Prismen 19,20 und 18,21 jeweils auch als ein einstückiges Bauteil ausgeführt werden. Die Zusammensetzung aus vier Einzelprismen bietet jedoch den Vorteil, dass die Prismen 20,21 noch geringfügig um die Achse des in sie eintretenden Abbildungsstrahlenbündels gedreht werden können, um so Fertigungstoleranzen ausgleichen und die Achsen der die Prismenkombination verlassenden Abbildungsstrahlenbündel parallel zueinander ausrichten zu können.

Der Strahlengang in der Prismenkombination 13 ist in Figur 2 noch einmal in einer Aufsicht dargestellt. Die Bewegungskomponenten des Objekts 10 sind durch Pfeile (x, y) angedeutet. Aus der eingezeichneten Lage der Pfeile in zwei Bildfenstern 22,23 ist die bilddrehende Wirkung der Spiegelflächen in der Prismenkombination 13 erkennbar.

Die in dem in die Prismenkombination eintretenden Strahlenbündel senkrecht zur Zeichenebene stehende y-Komponente liegt nach Durchtritt durch die Strahlenteilerfläche 15 und Spiegelung an der Spiegelfläche 17 im Bildfenster 23 in der Ebene 14 in Richtung des eintretenden Strahlenbündels. Die x-Komponente wird bei der Umlenkung an der Strahlenteilerfläche 15 um 90° gedreht und liegt nach der Spiegelung an der

Spiegelfläche 16 parallel zur y-Komponente im Bildfenster 22 in der Ebene 14.

Bei einer Bewegung des Objekts 10 in x-Richtung wandert 5 der y-Pfeil im Bildfenster 23 ebenfalls in X-Richtung. Gleichzeitig wandert der x-Pfeil im Bildfenster 22 lediglich in Pfeilrichtung. Bei einer Bewegung des Objekts 10 in y-Richtung wandert dagegen der y-Pfeil im Bildfenster 23 in seiner Pfeilrichtung und der x-Pfeil im Bildfenster 22 senkrecht zur Pfeil-i» richtung.

Legt man jetzt, wie in Fig. 1 dargestellt, in die Ebene 14 ein Korrelationsgitter 24, dessen Teilungsrichtung parallel zu den voll eingezeichneten Pfeilrichtungen in den Bildfenstern 22 und 23 verläuft, so wird der durch das Gitter 24 im Bereich der 15 Bildfenster 22, 23 hindurchgehende Lichtfluss entsprechend der Bewegung des Objekts 10 in x- und y-Richtung moduliert. Über eine Optik 25 gelangt der modulierte Lichtfluss auf zwei fotoel-ketrische Empfänger 26,27. Aus den Signalen dieser Empfänger wird in bekannter Weise die Information über die Bewegung -» des Objekts 10 abgeleitet. Insbesondere können bei Ausgestaltung des Korrelationsgitters 24 als Prismengitter jedem Bildfenster 22,23 zwei fotoelèktrische Empfänger zugeordnet sein (vergi. DE-OS 2 209 667).

Bei entsprechender räumlicher Trennung der Bildfenster 25 22,23 kann es auch zweckmässig sein, anstelle der dargestellten gemeinsamen Optik 25 für jeden der durch die Bildfenster hindurchtretenden Strahlengänge eine eigene Optik vorzusehen.

Wird die Optik 11 als anamorphotisches System ausgebildet, 30 das die Abbildung des Objekts 10 in x- und y-Richtung in definierter Weise verzerrt, so kann dadurch die Ortsfrequenzverteilung in den auszuwertenden Bildern der Ortsfrequenz des Korrelationsgitters 24 angepasst werden. Dadurch ergibt sich ein signaltechnisch besser auswertbarer Modulationsgrad der 35 auf die fotoelektrischen Empfänger 26,27 gelangenden Lichtflüsse. Derselbe Effekt kann selbstverständlich auch dadurch erreicht werden, dass in mindestens eines der die Prismenkombination 13 verlassenden Strahlenbündel eine zusätzliche, den Abbildungsmassstab beeinflussende Optik eingeschaltet wird. 40 Es ist unmittelbar erkennbar, dass dieselben Überlegungen, die für die in den Bildfenstern 22,23 voll eingezeichneten Bewegungskomponenten angestellt wurden, in analoger Weise auch für die jeweils zu ihnen orthogonalen Komponenten (gestrichelt eingezeichnet) gelten, wenn eine zur dargestellten 45 Teilungsrichtung des Korrelationsgitters 24 orthogonale Teilungsrichtung gewählt wird.

Eine Verbesserung der Signalauswertung durch Trägerfrequenzmodulation lässt sich ebenfalls in bekannter Weise dadurch erreichen, dass das Korrelationsgitter 24 senkrecht zu 50 seiner Teilungsrichtung schwingend angeordnet wird. Die beschriebene Anordnung lässt sich insbesondere bei schwingendem Korrelationsgitter 24 auch zur Entfernungsmessung verwenden.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

619 783 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur getrennten Auswertung von Bildinhalten nach zwei Koordinatenrichtungen der Bewegung, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang für ein Objekt (10) durch einen Strahlenteiler (15) in zwei Strahlengänge aufgespalten und zwei Bilder erzeugt werden und dass diese beiden Bilder mit Hilfe von Umlenkspiegeln (16,17) nebeneinanderliegend auf ein gemeinsames, in x- und/oder y-Richtung periodisches Korrelationsgitter (24) in der Weise abgebildet werden, dass beide Bilder relativ zueinander um 90° gedreht sind, und dass mittels eines fotoelektrischen Empfängersystems (26,27) die beiden durch das Korrelationsgitter (24) hindurchtretenden Lichtflüsse in elektrische Signale umgewandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass orthogonale Komponenten des Objekts (10) mit verschiedenem Abbildungsmassstab auf das Korrelationsgitter (24) abgebildet werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang eines Abbildungssystems (11) eine unter 45° zur optischen Achse des Systems stehende Strahlenteilerfläche (15) angeordnet ist, der jeweils eine unter 45° zum durchgelassenen und gespiegelten Strahlenbündel stehende Spiegelfläche (16,17) derart nachgeordnet ist, dass die optischen Achsen der an der Teilerfläche (15) aufgespaltenen Strahlenbündel zueinander parallel sind, und dass den Spiegelflächen (16,17) ein in x- und/ oder y-Richtung periodisches Korrelationsgitter (24) in einer den beiden Strahlenbündeln gemeinsamen Zwischenbildebene (14) des Abbildungssystems nachgeordnet ist und diesem Kor-relationsgitter (24) ein wenigstens einen Empfänger enthaltendes fotoelektrisches Empfängersystem (26,27) zugeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenteilerfläche (15) und die Spiegelflächen (16, 17) durch eine Prismenkombination (13) gebildet werden, die wirkungsmässig aus vier gleichschenklig rechtwinkligen Prismen (18,19,20,21) in der Weise zusammengesetzt ist, dass zwei dieser Prismen (18,19) mit ihren Basisflächen aneinander liegen und die Strahlenteilerfläche (15) einschliessen und die beiden anderen Prismen (20,21) jeweils mit einer Kathetenfläche an aneinanderstossende Kathetenflächen der beiden ersten Prismen (18,19) so angesetzt sind, dass ihre freien Kathetenflächen zumindest nahezu in einer Ebene liegen.

5. Anordnung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem (11) als anamorphotisches System ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der die Prismenkombination (13) verlassenden Strahlenbündel eine zusätzliche, den Abbildungsmassstab beeinflussende Optik angeordnet ist.