DE1473907A1

DE1473907A1 - Vorrichtung zur Bildung eines dem Mittelwert proportionalen Zahlenwertes mit digitalen Mitteln aus zwei gegenueberliegenden Randkoordinaten eines in einer Kamera aufgefangenen Sonnenbildes

Info

Publication number: DE1473907A1
Application number: DE19651473907
Authority: DE
Inventors: Schrempp Dipl-Ing Winfried
Original assignee: Boelkow GmbH
Current assignee: Boelkow GmbH
Priority date: 1965-05-13
Filing date: 1965-05-13
Publication date: 1969-01-16
Also published as: DE1473907B2; GB1152451A; US3423591A

Description

Vorrichtung zur Bildung eines dem Mittelwert proportionalen Zahlenwertes mit digitalen Mitteln aus zwei gegenüberliegenden 'Randkoordinaten eines in einer Kamera aufgefangenen Sonnenbildes.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bildung eines dem Mittelwert proportionalen Zahlenwertes mit digitalen Mitteln aus zwei gegenüberliegenden Randkoordinaten eines in einer Kamera aufgefangenen Sonnenbildes.

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Wegen der zur Sonne exzentrisch verlaufenden Erdbahn erscheint die Sonnenscheibe unter einem Winkel, der zwischen 31,5* und 32,5' veränderlich ist. Bei Geräten, die mit Hilfe eines von einer optischen Vorrichtung projizierten Sonnenbildes auf die Sonne auszurichten sind, wobei die zu messende Ablage gleich oder kleiner als eine Winkelrainute sein,soll, ist daher die Veränderlichkeit des scheinbaren Sonnendurchmessers zu berücksichtigen. Eine einfache geometrische Überlegung zeigt, daß die Mittelpunktskoorainaten eines in eine Ebene projizierten und kreisförmig begrenzten Sonnenbildes unabhängig vom Durchmesser dieses Bildes sind, und stets den Ablagewinkeln der optischen Achse von der Lichteinfallsrichtung direkt proportional sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine einfache Vorrichtung zu schaffen, mit der die Bildung eines dem Mittelwert proportionalen Zahlenwertes mit digitalen Mitteln aus zwei gegenüberliegenden Randkoordinaten eines in zwei Aehsrichtungen in einer Ebene verschiebbaren Sonneii&ildes erfolgt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung ge-."j· löst, die eine fotografische Kamera mit einachsig verzerrender anamorphotischer Optik umfaßt, wobei in der Abbildungsebene eine rotierende Scheibe mit einer schlitzförmigen Blendenöffnung angeordnet ist, unter der sich ein langgestreckter

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fotoelektrischer Wandler befindet, dessen Längsachse senkrecht zur Längsachse des verzerrten Sonnenbildes verläuft und die ferner eine elektronische Einrichtung aufweist, an die der fotoelektrische Wandler, ein in Abhängigkeit von der rotierenden Scheibe angetriebener Winkelkodierer und ein Binärzähler derart geschaltet sind, daß der Binärzähler von der elektronischen Einrichtung auf einen den Mittelwert zweier gegenüberliegender Randkoordinaten des Sonnenbildes proportionalen Zahlenwert einstellbar ist. Bei dieser Vorrichtung ist es von Vorteil, daß die elektronische Einrichtung mit relativ einfachen digitalen Baugruppen realisierbar ist und die Anzeigegenauigkeit unabhängig ist von der Alterung der verwendeten Bauelemente, von Spannungsschwankungen der Stromversorgung und von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe. Geringe Ablagen des Sonnenbildes quer zur Meßachse sind ohne Einfluß auf die Genauigkeit der Messung.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung hat die Blendenöffnung die Form einer eingängigen archimedischen Spirale, und der Winkelkodierer weist ein konzentrisch auf der rotierenden Scheibe angeordnetes Lichtraster auf, das fotoelektrisch abtastbar ist und dessen radiale Teilung sich über einen Winkel von 36O⁰ erstreckt. Das Lichtraster hat eine gegenüber der Rasterteilung breitere Ausgangsmarke, und über dem Licht-

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'*■ .raster ist parallelachsig zu den optischen Achsen der Abbildungeoptik eine Beleuchtungsoptik angeordnet, alt der ein unter dem Lichtraster befindlicher fotoelektrischer Wandler hohen Auflösungsvermögens beleuchtet ist. Durch die doppelte "* Ausnutzung der rotierenden Scheibe als Abtasteinrichtung für das projizierte Sonnenbild einerseits und als wesentliches Bestandteil des Winkelkodierers andererseits ergibt sich ein relativ niedriger Aufwand an mechanischen Mitteln. Die Zurückschaltung des Binärzählers auf den Zählwert 0 erfolgt nach einer vollen Umdrehung der rotierenden Scheibe mittels eines Schalters, der gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von der rotierenden . Scheibe schaltbar ist und insbesondere als fotoelektrischer Schalter ausgebildet ist. Die rotierende Scheibe ist dazu mit einer Bohrung versehen, die den von der Beleuchtungsoptik ausgeleuchteten Bereich durchläuft, in welchem unter der Scheibe ein Fototransistor angeordnet ist, der als Schalter wirkt. Somit gelangen nur elektronische bzw. fotoelektrische Schalter zur Anwendung, die in hohem Maße störungs- und wartungsfrei sind, und die praktisch verzögerungsfrei ansprechen.

Die elektronische Einrichtung weist nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Und-Schaltung auf, deren Ausgang auf die letzte Stufe des Binärzählers geschaltet ist sowie eine weitere Und-Schaltung, deren Ausgang auf die vorletzte Stufe des BinärzÄhlers geschaltet ist, wobei die auf die letzte Stufe des BlnKrzählers geschaltete Und-Schaltung aus dem langgestreckten fotoelektrischen

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Wandler und dem unter dem L'ichtraster angeordneten fotoelektrischen Wandler hohen Auflösungsvermögens ansteuerbar ist, und die weitere an der vorletzten Stufe des Binärzählers anliegende Und-Schaltung über den fotoelektrischen Wandler hohen Auflösungsvermögens und ein Flip-Flop ansteuerbar ist, das eingangsseitig an den langgestreckten fotoelektrischen Wandler und den Fototransietor geschaltet ist.

Eine spezielle Weiterbildung der Einrichtung, die ebenfalls im Schutzbereich der Erfindung liegt, ist gekennzeichnet durch den Einbau !zweier Abbildungsoptiken und der ihnen zugeordneten Einrichtungen in einem gemeinsamen Kameragehäuse in derartiger Anordnung, daß die Meßachsen beider Systeme einen Winkel einschließen und beiden Systemen eine einzige rotierende Scheibe zugeordnet ist. In den beiden Binärzählern dieser Anordnung erscheinen Zahlenwerte, die den Mittelwerten gegenüberliegenden Randkoordinaten einer auf den Koordinatenachsen der beiden Systeme projizierten Sonne proportional sind. Diese Zahlenwerte geben somit die Lage des Sonnenmittelpunktes in einer Projektionsebene an.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

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Es zeigt:

Pig. 1 eine vereinfachte schräge Parallelprojektion eines aufgeschnittenen Kameragehäuses mit zwei Vorrichtungen zur Bildung von den Mittelwerten aus zwei gegenüberliegenden Randkoordinaten zweier aufgefangener Sonnenbilder proportionalen Zahlenwerten mit digitalen Mitteln;

Pig. 2 eine verkleinerte Draufsicht auf die rotierende Scheibe und eine schematisch vereinfachte Darstellung der elektronischen Einrichtung der Vorrichtung für eine Meßachse.

In der Fig. 1 ist ein Kameragehäuse aufgeschnitten dargestellt. Auf der Lichteinfallsseite sind in einer Frontplafcte"2 in Halterungen j5 und 4 einachsig verzerrende anamorphotisch^ Abbildungsoptiken 5 und 6 derart angeordnet, daß ihre Längsachsen aufeinander senkrecht stehen. Mit Hilfe eineslnnengewindes 7 und SieherungsSchrauben 9 Im Kameragehäuse 1 sowie eines Außengewindes 8 an der Prontplatte 2 ist diese zu einer rotierenden Scheibe 1Ö, die in der Abbildungsebene der Kamera umläuft, derart eingestellt, daß durch die Strahlengänge und 12 der Optiken 5 und 6 auf ihr zwei scharfe Abbildungen 13 und 14 einer nicht dargestellten und im Unendlichen befindlichen Sonne erzeugt werden.

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Die beiden Sonnenbilder 13 und l4 stehen rait ihren Längsachsen aufeinander senkrecht und werden quer zu ihrer Längserstreckung von einer schlitzförmigen Blendenöffnung 15 überstrichen, welche die Form einer eingängigen archimedischen Spirale hat und in der rotierenden Scheibe 10 angebracht ist.

Im Kameragehäuse 1 ist mittels eines Innengewindes 16 und Sicherungsschrauben YJ ein Boden 18 befestigt, der ein Außengewinde 19 aufweist und der einen Elektromotor 20 trägt. Der Antrieb des Elektromotors 20 erfolgt aus einer zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellten Stromquelle. Mit einer Welle 21 des Motors ist die Scheibe 10 verbunden. Mit Hilfe der Abstandhalter 24 und 25 sind am Boden l8 ferner eine obere Platine 22 und eine untere Platine 23 befestigt, die zur Aufnahme der elektronischen Bauelemente bestimmt sind, wobei aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung nur die wesentlichsten elektronischen Bauelemente auf der Platine 22 eingezeichnet sind.

Auf der oberen Platine 22 sind in ihren Gehäusen 26 und 27 langgestreckte fotoelektrische Wandler 28 und 29 angeordnet, deren Längsachsen die Längsachsen der Abbildungen Γ5 und senkrecht schneiden. Die Anschlußdrähte jJO und 31 der fotoelektrischen Wandler 28 und 29 führen solange Spannung, als

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• die Blendenöffnung 15 bei einem Umlauf der Scheibe 10 die über den Wandlern liegenden Zonen der Bilder I3 und 14 überstreicht. Die weitere Verarbeitung der so erhaltenen Spannungssignale wird weiter unten unter Fig. 2 beschrieben.

Die Umdrehungen der Scheibe werden mittels zweier Winkelkodierer erfaßt, die aus zwei in Passungen 43 und 44 an der Frontplatte 2 der Kamera 1 befestigten Beleuchtungsoptiken 32 und 33* einem am Umfang der rotierenden Scheibe 10 angeordneten Lichtraster 3^ und zwei fotoelektrischen Wandlern hohen Auflösungsvermögens 35 und 36 bestehen. Das Lichtraster 34 weist eine gegenüber der Rasterteilung breitere Ausgangsmarke ^7 auf. Das Raster wird mit Hilfe der Böleuchtungsoptiken 32 und 33 von der Sonne beleuchtet, wobei das einfallende Licht mit Sammellinsen 39 und 40 erfaßt und in Lichtleitstäben 41 und 42 auf das Raster 34 geleitet wird. Beim Umlauf der Scheibe werden dabei in den fotoelektrischen Wandlern 35 und 36 Spannungsimpulse erzeugt. Die Scheibe 10 weist ferner eine Bohrung 38 auf, die den von den Lichtleitstäben 41 und 42 ausgeleuchteten Bereich durchläuft und durch welche dabei zwei Fototransistoren 45 und 46 belichtet werden, die auf der Platine 22 angeordnet sind. Die fotoelektrischen Wandler 28, 29, 35 und 36 und die Fototransistoren 45 und sind an eine elektronische Einrichtung geschaltet, deren Aufbau und Wirkungsweise anhand der Flg. 2 beschrieben ist. In der alle der Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

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In der Pig. 2 ist die Scheibe 10 verkleinert in der Draufsicht dargestellt. Sie läuft in Richtung des Pfeiles A um. Mit Hilfe der Abbildungsoptiken 5 und 6 (Pig. 1) sind auf ihr die beiden einachsig verzerrten Bilder 13 und 14 einer im Unendlichen befindlichen Sonne erzeugt. Die Bilder 13 und 14 nehmen eine Lage ein, in der ihre Längsachsen aufeinander senkrecht stehen. Im dargestellten Falle ist die Vorrichtung annähernd fehlerfrei auf die Sonne ausgerichtet, d.h. die optischen Achsen der Abbildungsoptiken 5 und 6 verlaufen praktisch parallel zum senkrecht einfallenden Licht und den Mittelwertskoordinaten χ und y_ kommen Zahlenwerte zu, die für das ausgerichtete System gelten. Schließen dagegen die optischen Achsen der Abbildungsoptiken 5 und 6 mit dem einfallenden Licht einen Winkel ein, so wandern die beiden Bilder I]J und 14 in den Richtungen der Achsen χ und y aus und ihren Mittelwertskoordinaten kommen Zahlenwerte zu, die den eingeschlossenen Winkeln proportional sind.

Zur Bestimmung der Mittelwertskoordinaten weist die Scheibe 10 die Blendenöffnung 15 in Form einer eingängigen archimedischen Spirale auf, durch welche beim Umlauf der Scheibe 10 die langgestreckten fotoelektrischen Wandler 28 und 29 belichtet werden, die sich senkrecht zu den Längsachsen der Abbildungen unter der Scheibe 10 erstrecken. Die Scheibe 10 weist ferner an ihrem Umfang das Lichtraster 34 mit der Ausgangsmarke 37 auf, die breiter als eine Rasterteilung ist. Dieses Raster ist mit Hilfe der Beleuchtungsoptiken 32 und 33 (Fig. 1) beleuchtet und erzeugt beim

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Umlauf der Scheibe 10 in den fotoelektrischen Wandlern hohen Auflösungsvermögens 35 und J>6, die unter dem Raster angeordnet sind, Spannungsimpulse, deren Anzahl dem Drehwinkel der Scheibe 10 proportional ist, wobei durch die Ausgangsmarke j57 der Beginn der Zählung festgelegt ist. Weiterhin weist die Scheibe eine Bohrung JB auf, durch welche in analoger Weise in den unter der Scheibe angeordneten Fototransistoren 45 und Löschimpulse zur Rückschaltung einer Zähleinrichtung erzeugt werden.

Die Auswertung der aus den fotoelektrischen Wandlern erhaltenen Impulse wird anhand der für die x-Achse dargestellten elektronischen Einrichtung beschrieben. Eine für die y-Achse erforderliche gleichartige elektronische Einrichtung ist zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen.

Bei einem Umlauf der Scheibe 10 wird ein Binärzähler B durch einen Löschimpuls aus einem in seinen Löschstromkreis (Leitung geschalteten Fototransistor 45 auf den Zählwert 0 eingestellt. Dieser Loschimpuls wird in dem Moment ausgelöst, in dem sich die Bohrung ^8 der Scheibe 10 über dem Fototransistor 45 befindet, der dabei leitend wird. Der Fototransistor 45 ist ferner an ein Flip-Flop F derart geschaltet, daß dieses mit dem Loschimpuls in eine Lage gesetzt wird, in der am Eingang einer zwischen das Flip-Flop F und die vorletzte Stufe des Binärzählers B geschal-

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teten Ünd-Schaltung b eine ^Mlⁿ entsteht. Im fotoelektrischen Wandler 35 hohen Auflösungsvermögens, über den sich das Lichtraster 34 der Scheibe bewegt, entstehen Spannungsimpulse, die der genannten Und-Schaltung b und einer anderen Und-Schaltung a zugeführt werden, die mit ihrem Ausgang auf die letzte Stufe des genannten Binärzählers B geschaltet ist. Die an der durchgeschalteten Und-Schaltung b und der gesperrten Und-Schaltung a aus dem Wandler 35 ankommenden Spannungsimpulse werden der vorletzten Stufe des Binärzählers B solange zugeführt und damit doppelt gezählt, bis die Blendenöffnung 15 bei der Randkoordinate X₁ in das Sonnenbild 14 eintritt. Der dabei entstehende Spannungsanstieg an den Klemmen des langgestreckten fotoelektrischen Wandlers 29* die mit dem Flip-Flop F und der Und-Schaltung a verbunden sind, bewirkt, daß das Flip-Flop F in seine andere Ausgangslage gebracht wird. Die Und-Schaltung a wird leitend, dagegen die Und-Schaltung b gesperrt, und die Signale aus dem Wandler 35 gelangen auf die letzte Stufe des Binärzählers B und werden somit einfach gezählt. Dieser Zustand wird beibehalten, bis die Blendenöffnung I5 das Sonnenbild 14 bei der Randkoordinate x_g verläßt, wobei durch den Abfall der an der Und-Schaltung a aus dem langgestreckten Wandler 29 anstehenden Spannung auch diese Und-Schaltung a gesperrt wird und die Zählung beendet ist. Im Binärzähler B steht nun eine Zahl (χ_χ + Xg), die dem zu bestimmenden Mittelwert x_ffl proportional ist, gemäß den geltenden Beziehungen:

x_m m X₁ + x₂ = 2X₁ + (x₂ - X₁)

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Nach einer vollen Umdrehung der Scheibe beginnt mit einem Löschimpuls aus dem Fototransistor 45 das Spiel von neuem.

In den Leitungen 50 bis 53 können im Bedarfsfalle bekannte und in der Zeichnung nicht dargestellte Impulsformstufen angeordnet sein, die insbesondere für die in den Leitungen 5^ übertragenen Impulse steile Impulsflanken erzeugen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentans prüche

Vorrichtung zur Bildung eines dem Mittelwert proportionalen Zahlenwertes mit digitalen Mitteln aus zwei gegenüberliegenden Randkoordinaten eines in einer Kamera aufgefangenen Sonnenbildes, gekennzeichnet durch eine einachsig verzerrende anamorphotische Abbildungsoptik (6), in deren Abbildungsebene eine rotierende Seheibe (10) mit einer schlitzförmigen Blendenöffnung (15) angeordnet ist, unter der sich ein langgestreckter fötoelektrischer Wandler (29) befindet, dessen Längsachse senkrecht zur Längsachse des verzerrten Sonnenbildes (14) verläuft, sowie durch •eine elektronische Einrichtung, an die der fotoelektrische Wandler (29), ein in Abhängigkeit von der rotierenden Scheibe (10) angetriebener Winkelkodierer (34, 35) und ein Binärzähler (B) derart geschaltet ist, daß der Binärzähler (B) von der elektronischen Einrichtung auf einen dem Mittelwert χ zweier gegenüberliegender Randkoordinaten (χ,, χ«) des Sonnenbildes (14) proportionalen Zahlenwert einstellbar ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmige Blendenöffnung (15) uie Form einer eingängigen archimedischen Spirale hat.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelkoüierer (34, 35) ein konzentrisch auf. der rotierenden Scheibe (10) angeordnetes Lichtraster (34) mit einer sich über einen Winkel von 360⁰ erstreckenden radialen Teilung aufweist, das mittels eines fotoelektri-

• . sehen Wandlers (35) abtastbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtraster (34) eine gegenüber der Rasterteilung breitere Ausgangsmarke (37) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallelachsig zu den optischen Achsen der Abbildungsoptik (6) über dem Lichtraster (34) eine Beleu.ohtungsoptik (32) und unter dem Lichtraster ein fotoelektrischer Wandler (35) hohen Auflösungsvermögens ang-eordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (45) vorgesehen ist, mit dem der Binärzähler (B) nach einer vollen Umdrehung der Scheibe (10)

auf den Zählwert 0 einstellbar ist. _t

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7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (45) ein Fototransistor ist, wobei die rotierende Scheibe (10) mit einer Bohrung (38) versehen ist, die den von der Beleuchtungsoptik (32) ausgeleuchteten Bereich durchläuft, in welchem unter der rotierenden Scheibe (10) der Fototransistor (45) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einrichtung eine Und-Schaltung (a) aufweist, deren Ausgang auf die letzte Stufe des Binärzählers (B) geschaltet ist sowie eine weitere Und-Schaltung (b), deren Ausgang auf die vorletzte Stufe des Binärzählers (B) geschaltet ist, wobei die auf die letzte Stufe des Binärzählers (B) geschaltete Und-Schaltung (a) aus dem langgestreckten fotoelektrischen Wandler (29) und dem unter dem

Lichtraster (j54) angeordneten fotoelektrischen Wandler (55) hohen Auflösungsvermögens ansteuerbar ist, und die weitere an der vorletzten Stufe des BinärZählers (B) anliegende Und-Schaltung (b) über den fotoelektrischen Wandler hohen Auflösungsvermögens (55) und ein Flip-Flop (F) ansteuerbar ist, das eingangsseitig an den langgestreckten fotoelektrischen Wandler (29) und den Fototransistor (45) geschaltet ist.

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9· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch den Einbau zweier Abbildungsoptiken (5 und 6) und der ihnen zugeordneten Einrichtungen in
einem gemeinsamen Kameragehäuse (l) in derartiger Anordnung, daß die Meßachsen (χ, y) beider Systeme einen Winkel einschließen und beiden Systemen eine einzige rotierende Scheibe (1O) zugeordnet ist.

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