DE2226493C2 - Lichtzeichenkopf mit einem bewegbaren Objektträger und verstellbaren optischen Systemen, durch die das projizierte Bild gedreht oder in seiner Größe geändert wird - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtzeichenkopf mit einem bewegbaren Objektträger und verstellbaren optischen Systemen, durch die das projizierte Bild gewechselt, gedreht oder in seiner Größe geändert wird.

Es sind bereits Lichtzeichenköpfe mit einem beugbaren Objektträger und einem drehbaren Reversionsprisma bekannt (deutsche Alisiegeschrift 1303 286). Bei derartigen Lichtzeichenköpfen ist es

erforderlich, daß die Mittelpunkte aller Objekte, wenn sie sich im Strahlengang befinden, die gleiche Lage einnehmen müssen, da anderenfalls ein Mittenversatz der auf die Zeichenebene projizierten Bilder der Objektive auftritt. Lagefehler der Objekte können

bereits bei der Herstellung des Objektträgers und durch Lagerungsfehler desselben auftreten. Um den Abbildungsmaßstab des projizierten Bildes variieren zu können, ist es bekannt, ein Objektiv mit verstellbarer Brennweite (Zoom) zu verwenden (britische Pa-

tentschrift 1047018), wobei einzelne Linsen dieses Systems bei Einstellung des gewünschten Abbildungsmaßstabes in Richtung der optischen Achse bewegt werden.

Durch diese verstellbaren optischen Systeme, die

a» dem Objektträger raumlich nachgeordnet sind, kann die Lage des projizierten Bildes eines im Strahlengang befindlichen Objektes bei einer Verstellung durch Verlagerung der optischen Achse dieser Systeme beeinflußt werden, so daß sich selbst bei richtiger Lage

»5 des Objektes ein Mittenversatz des auf die Zeichen ebene projizierten Bildes ergiot. Die zum Mittenversatz führenden Fehler der verstellbaren Systeme sind insbesondere ungenaues Schleifen und Fassen der Glasoptik sowie eine ungenaue Lagerung der verstell baren Systeme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl die Lagefehler der Objekte als auch der verstellbaren optischen Systeme zu ermitteln und entsprechend zu korrigieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im nach dem oder den verstellbaren opti sehen System(en) projizierten Bild für die Zeichen ebene unterdrückte, von den Nutzobjekten und/oder den Systemen abgeleiteten Informationen enthalten sind, aus denen elektrische Signale zur Korrektur der Lagefehler der Nutzobjekte, der Lage und Winkel- und Maßstabfehler der verstellbaren optischen Systeme abgeleitet sind.

Zweckdienliche Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Projektionseinrichtung des Lichtzeichenkopfes, wobei angenommen ist, daß der Teil α einen Lichtzeichenkopf mit einem Reversionsprisma und der Teil b einen anderen Lichtzeichenkopf mit einem Zoom-Objektiv bildet. Da die verwendeten Lichtquellen und der Objektträger für beide Lichtköpfe gleich ausgebildet sind, sind diese Elemente in der Fig. 1 auch nur einmal dargestellt,

Fig, 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Objektträgers mit Nutz- und Meßobjekten,

F i g. 3 das sich ergebende Bild der Meßobjekte und dessen Abtastung,

Fi g. 4 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des Objektträgers mit Nutzobjekten und anders gearteten Meßobjekten,

F i g. 5 das sich von dem einen dieser Meßobjekte ergebende projizierte Bild und dessen Abtastung, F i g. 6 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des

Objektträgers mit einer weiteren Form von Meßobjekten,

Fig· 7 ein erstes sich aus diesem Meßobjekt ergebendes projiziertes Bild mit der Abtastung desselben,

Fig. 8 ein weiteres sich durch das gleiche Meßobjekt ergebende, im Maßstab veränderte Bild mit der Abtastung desselben,

Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt des Objektträgers mit noch anderen Meßobjekten,

projizierte Bild des sich jeweils im Strahlengang 11 befindlichen Nutzobjektes 3 und Meßobjektes 32 kann durch das Reversionsprisma 12 gedreht werden. Das projizierte Bild is* «in Abbild des gesamten Objektbereiches 33. Das Infrarotbild des Meßobjektes 32 wird mittels des Spiegels 14 in der Meßebene 16 abgebildet. Haben die Objektive 8 und 15 gleiche Brennweiten, so erfolgt eine Abbildung im Verhältnis 1:1. Die auf der Meßebene 16 angeordneten Fo-

g j,

Fig. IO ein durch diese Meßobjekte projiziertes io todetektoren 17 bis 20 sind infrarotempfindlich. Jei d Abt dlb dem Detektor ist eine Objektblende 17' bis 20'

zugeordnet.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Meßobjekte, die herangezogen sind zur Fehlerermittlung des Reversionsprismas 12.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, befinden sich auf dem an sich lichtundurchlässigen (angedeutet durch Strichelung 34) Objektträger 5 eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Nutzobjekten 6, die auf den Zeichnungsträger 30 (Fig. 1) projiziert werden. Diese Ausbildung ist grundsätzlich bekannt. Durch den gestrichelten Kreis 31 ist die maximale Größe der Nutzobjekte (Objektfeld) angedeutet. Als Nutzobjekte sind beispielsweise ein transparentes Dreieck und ein dll

Jd mit der Abtastung desselben,

Fig. Π das gleiche Bild mit einem vergrößerten Maßstab und die Abtastung desselben,

Fig. 12 eine nochmalige Vergrößerung dieses Bildes und die Abtastung desselben,

Fig. 13 eine elektrische Schaltungsanordnung für die Korrektur der auftretenden Fehler,

Fig. 14 ein projiziertes Meßbild mit einer weiteren Form der Meßobjekte und deren Abtastung.

Die Projektionseinrichtung nach der Fig. 1 umfaßt eine Projektionslichtquelle 1, die sichtbares Licht erzeug;, eine Infrarotlichtquelle 2. deren Licht auf den beim Lichtzeichenkopf verwendeten Zeichnungsträger 3D keinen Einfluß hat, einen beiden Quellen 1,

2 zugeordneten teildurchlässigen, vorzugsweise Infra- 25 transparenter Kreis dargestellt, rotlicht reflektierenden Spiegel 3, einen Kondensor 4, Erfindungsgemäß ist nun jedes Nutzobjekt 6 von

einen Objektträger 5 mit transparenten Nutzobjek- einen: transparenten, das Meßobjekt bildender, ten 6, einen Rotfilter 7, welcher die nicht zum Nutz- Kreisring 32 umgeben, der außerhalb des Objektfelobjeki 6 gehörenden, für die Belichtung der lichtemp- des 31 liegt. Diese Meßobjekte werden nicht auf den finuliehen Zeichenunterlage 30 aktivisjhen Strahlen 30 Zeichnungsträger 30 (Fig. 1) projiziert, der L ichtquelle 1 ausblendet, ein Objektiv 8, eine um Es sei angenommen, daß sich das dreieckförmige

zwei senkrecht aufeinanderstellende Achsen 9, 9' ge- Nutzobjekt 6 mit dem kreisförmigen Meßobjekt 32 lagerte (kardanisch) planparallele Glasscheibe 10, ein im Strahlengang der Projektionseinrichtung (F i g. 1) 360 um die Strahlengangachse 11 drehbares Rever- befindet. Das kreisringförmige Meßobjekt 32 wird sionsprisma 12 mit einer Lagerung 13, einen Spiegel 35 damit auf der Meßebene 16 (Fig. 1) abgebildet, die 14, ein Objektiv 15 und eine Meßebene 16 mit vier mit dem Lichtzeichenkopf verbunden ist. Fotodelektoren 17 bis 20. Die Fig. 3 zeigt das sich auf dieser Meßebene 16

Die bisher beschriebene Ausbildung stellt einen ergebende Bild 32' des kreisringförmigen Meßobjek-Lichtzeichenkopf mit einem Reversionsprisma 12 dar. tes 32. Auf der Meßebene sind die vier infrarotemp-Wird der Teil α gegen den Teil b ausgetauscht, so er- 40 findlichen Fotodetektoren 17 bis 20 in der dargestellgibt sich ein Lichtzeichenkopf, der wieder aus den ten Weise angeordnet. Die Fotodetektoren 17 und 19 Bauelementen 1 bis 8 besteht und ferner aus einer erfassen eine durch Drehung des Reversionsprismas kardanisch gelagerten planparallelen Glasplatte 21, 12 auftretende Verschiebung des projizierten kreiseinem Zoom-Linsensystem 22, einem Spiegel 23 und ringförmigen Meßobjektes 32' in V-Richtung und die einer Meßebene 24 mit vier Fotodetektoren 25 bis 45 Fotodetektoren 18 und 20 eine Verschiebung des projizierten kreisringförmigen Meßobjektes 32' in X-Richtung.

Ändert sich die optische Achse des Reversionsprismas 12 bei einer Drehung desselben nicht, so werden

In beiden Fällen wird der Objektträger 5 von einem Schrittmotor 29 verstellt, so daß jeweils eines der Nutzobjekte 6 in den Strahlengang 11 gebracht und

dessen Bild auf den lichtempfindlichen Zeichnungs- 50 die vier Fotodetektoren 17 bis 20 gleich ausgeleuchtet, träger 30 projiziert wird. so daß von einem diesen nachgeschalteten Differenz-

Die Flache, die ein Nutzobjekt 6 auf dem Objekt- verstärker (52,53 in Fi g. 13) auch keine elektrischen träger 5 einnehmen darf, ist mit 31 gekennzeichnet Signale ausgegeben werden. Tritt jedoch bei Drehung und sei als Objektfeld bezeichnet. Der Objektträger 5 des Reversionsprismas 12 eine Abweichung in der weist ferner Meßmarken 32 auf, deren Form den 55 Lage der optischen Achse auf, so verschiebt sich ent-Fig. 2, 4, 6, 9 und 14 zu entnehmen ist. in Fig. 1 sprechend auch die auf die Meßebene 16 projizierte ist mit 33 der Bereich bezeichnet, der zur Abbildung kreisringförmige Meßmarke 32', wodurch die Fotodekommt. tektoren 17 bis 20 unterschiedlich beleuchtet werden

Es sei angenommen, daß ein Lichtzeichenkopf mit und nunmehr elektrische Fehlersignale entstehen, dem Teil α vorliegt (nur Reversionsprisma). Für die 60 durch die dem optischen System zugeordnete Stell-Erzeugungdes Bildes der Meßmarken 32 ist die Inf^a- glieder die Lage des projizierten Meßobjektes 32' und rotquelle 2 vorgesehen. Der Lichtstrom dieser Quelle damii auch die des Nutzobjektes 6 so lange beeinflusstrahlt unter 90° zur Strahlengangachse 11 und trifft sen, bis die Fotodetektoren 17 bis 20 von dem projiauf den Spiegel 3, an dem die Infrarotstrahlen reflek- zierten Meßobjekt 32' derart abgedeckt sind, daß eine tiert werden. Das sichtbare Licht der Projektionslicht- 65 gleichmäßige Ausleuchtung der Detektoren erfolgt, quelle 1 passiert den Spiegel 3. Durch das Objektiv 8 Das auf der Meßebene 16 projizierte Bild 32' des

wird ein telezentrischer Strahlengang erzeugt und in kreisringförmigen Meßobjektes 32 kann beispielsdessen Achse 11 liegt das Reversionsprisma 12. Das weise durch die planparallele Glasplatte 10 (Fig. 1)

vornehmlich in zwei Achsen 9, 9' in bestimmten detektoren 25 bis 28 derart angeordnet, daß diese von Grenzen bewegt werden. Diese Bewegung erfolgt, wie den projizierten Kanten 36 bis 39 des Meßobjektes nicht weiter dargestellt, durch elektrische Stellglieder, 40, 41 beeinflußt werden. Die Fotodetektoren 25 bis die elektrische Signale nach Maßgabe der Abwei- 28 werden gleichmäßig ausgeleuchtet, wenn keine Lachung des projizierten kreisförmigen Meßobjektes 32' 5 gefehler des Zoom-Objektivs 22 vorliegen. (F i g. 3) von seiner Soll-Lage erhalten, wobei diese Die F i g. 7 zeigt ein auf die Meßebene 24 projiziervon den Fotodetektoren 17 bis 20 erzeugten Signale tes Bild des Meßobjektes 40, 41, wobei dieses UiId über Verstärker so lange auf die Stellglieder wirken, auch das Nutzobjekt 6 enthält. Bei dem projizierten bis die Lage des auf der Ebene 16 projizierten Bildes Bild ist angenommen, daß am Zoom-Objektiv 22 ein 32' des kreisringförmigen Objektes 32 korrigiert ist, io vergleichsweise kleiner Abbildungsmaßstab eingeso daß damit auch die Mittenlage der optischen Achse stellt ist, so daß auf der Meßebene 24 auch das projides Reversionsprismas 12 (F i g. 1) erreicht ist. Es ist zierte Nutzobjekt 6' entsprechend klein erscheint. Das auch möglich, die Lagekorrektur des projizierten BiI- Bild setzt sich zusammen aus dem projizierten Nutzdes 32' durch Verschieben bestimmter Teile des opti- objekt 6' 6' und den projizierten Viertelsektoren 40', sehen Systems, beispielsweise des Objektes 8, vorzu- 15 41' mit den Kanten 36' bis 39', die von den Fotodeteknehmen. toren 25 bis 28 abgetastet werden. Die Lage dieser

An Stelle eines kreisringförmigen, auf dem Ob- projizierten Kanten 36' bis 39' verändert sich nicht, jektträger 5 angeordneten Meßobjektes 32, können wenn durch Einstellung der Linsen des Zoom-Objekauth Meßobjekte 35 nach Fig. 4 verwendet werden. tivs 22 der Bildmaßstab vergrößert wird, wie dies in Wie aus dieser Figur ersichtlich, trägt der Objektträ- ao der Fig. 8 angedeutet ist. Das projizierte Bild ist leger 5 '''cMundurchlässige kreisförmige Inseln 35, diglichein Ausschnitt des Bildes nach der Fig. 1. Die während der Objektträger 5 sonst lichtdurchlässig ist. Fotodetektoren 25 bis 28 werden genauso ausge-Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, wird das Meßobjekt leuchtet wie beim Bidd nach der Fig. 7, da die Foto-35 in der Meßebene 16 als projiziertes Bild 35' abge- detektoren in der Mitte der projizierten Kanten 36' bildet, dessen Kante von den Fotodetektoren 17 bis »5 bis 39' bleiben. 20 abgetastet wird. Tritt eine Lageabweichung der projizierten Bilder

Es sei nunmehr angenommen, daß ein Lichtzei- nach den F i g. 7 und 8 auf, wie dies durch die Pfeile λ',

cbenkopf mit dem Teil b nach Fig. 1 vorliegt (nur Yangedeutet ist. dann werden die Fotodetektoren 25

Zoom-Objektiv). bis 28 unterschiedlich beleuchtet und erzeugen Feh-

Wie vorstehend bereits erwähnt, wird durch Ver- 30 lersignale, die zur Korrektur der Lageabweichung des

stellung der Brennweite des Zoom-Objektivs 22 Zoom-Objetivs 22 in der vorstehend beschriebenen

(Fig. 1) der Abbildungsmaßstab des auf dem Zeich- ■. Weise herangezogen werden.

iK.ngsträger 30 projizierten Bildes verändert. Ist die Der Abbildungsmaßstab kann durch das Zoom-

Brennweite des Zoom-Objektivs 22 gleich der des Objektiv 22 kontinuierlich geändert werden.

Objektivs 8 eingestellt, so ergibt sich für das auf dem 35 Die in der Fi g. 1 mit Teil α und Teil b bezeichne -

Zeichnungsträger 30 projizierte Bild ein Abbildungs- ten Korrektursysteme lassen sich in einem einzigen

maßstab 1:1. Lichtzeichenkopf nicht miteinander koppeln, da bei

Das Zoom-Objektiv 22 kann nun durch seinen me- einer Drehung des Reversions-Prismas 12 auch eine

chanischen Antrieb und durch Linsenfehler ebenfalls Drehung des auf der Meßebene 24 projizierten Meß

eine Lageabweichung des auf dem Zeichnungsträger 40 bildes erfolgt und damit auch die projizierten Kanten

30 projizierten Nutzobjektes 6 hervorrufen. 36' bis 39' in gleichem Sinne gedreht werden, so daß

Diese Lageabweichung wird bei einem nur ein die Fotodetektoren 25 bis 28 unterschiedlich beleuch

Zoom-Objektiv 22 verwendenden Lichtzeichenkopf tet werden und damit fälschlich elektrische Signale er-

durch das im Teil b dargestellte System korrigiert. zeugen.

welches aus dem Spiegel 23, einer Meßebene 24 mit 45 Es besteht nun jedoch der Wunsch, in einem Licht-

vier Fotodetektoren 25 bis 28 und beispielsweise wie- zeichenkopf sowohl ein Reversions-Prisma 12 als auch

der einer von Stellgliedern in zwei Achsen bewegten ein Zoom-Objektiv 22 anzuordnen, wobei jedem EIe-

planparallelen Glasplatte 21 besteht. Die Wirkungs- ment wieder ein Korrektursystem zugeordnet werden

weise dieser Elemente entspricht vollkommen der der muß.

gleichen Elemente 10,14 und 16 des Teiles a. Jedem 50 Eine Kopplung dieser Korrektursysteme kann nun

Detektor ist eine Objektblende 25'bis 28'zugeordnet. dadurch erreicht werden, daß die dem Objektträger

Die Korrektur der Fehler des Zoom-Objektivs 22 vorgesehenen Meßobjekte eine zentralsymmetrische

erfolgt wieder durch auf dem Objektträger 5 ange- Geometrie haben und eine stufenweise Variation des

ordnete Meßobjekte, deren projiziertes Bild auf die Abbildungsmaßstabes erfolgt, was in der Regel so-

vier Fotodetektoren 25 bis 28 fällt, die bei Lageabwei- 55 wieso der Fall sein wird, da das Zoom-Objektiv in

chungen des Zoom-Objektivs 22 elektrische Signale einfacher Weise von einem Programm her gesteuert

erzeugen, die auf die Stellglieder für die schwenkbar werden kann, welches diskrete Maßstabswerte für das

gelagerte Glasplatte 21 oder andere Teile des opti- Zoom-Objektiv vorgibt,

sehen Systems einwirken. Ähnlich wie beim vorstehend für das Reversions-

Das Meßobjekt muß in diesem Fall so ausgebildet 60 Prisma vorgesehenen Korrektursystem wird dem

sein, daß die Lage der Kanten des Meßobjektes nur Nutzobjekt eine kreisringförmige Struktur zugeordnet

abhängig von der Lage des projizierten Bildes, nicht und zwar jeweils angepaßt an den Maßstab, der gerade

jedoch von dessen Maßstab, ist. eingestellt ist.

Wie aus der F i g. 6 ersichtlich, sind als Meßobjekte Die F i g. 9 zeigt eine derartige Struktur. Der Ob-

vier Kanten 36 bis 39 von zwei sich gegenüberliegen- 65 jektträger 5, von welchem nur ein vergrößerter Aus-

den lichtundurchlässigen Viertelkreisringen 40, 41 schnitt dargestellt ist, trägt wieder ein Nutzobjekt 6,

verwendet, deren projiziertes Bild auf die Meßebenc welches projiziert, gedreht und im Maßstab variiert

24 (Fi g. 1) fällt. Auf der Meßebene 24 sind die Foto- werden soll. Der Objektträger 5 befindet sich in die-

scm Falle in einem Lichtzeichenkopf, welcher aus den Elementen 1 bis 12 und 21 bis 24 besteht, wobei die Anordnung der verwendeten Fotodetektoren auf der Meßfläche 24 von der bisherigen Anordnung der bisherigen Fotodetektoren abweicht. Die nunmehrige Anordnung der Fotodetektoren wird in Verbindung mit der Fig. 10 weiter unten beschrieben.

Wie die Fig. 9 zeigt, sind dem Nutzobjekt 6 konzentrische, kreisringförmige und lichtdurchlässige Meßobjekte 42 bis 44zugeordnet. Der Abstand dieser Meßobjekte vom Nutzobjekt 6 und deren Breite ist umgekehrt proportional zum Maßstab, der projiziert werden soll. Der Abstand des Meßobjektes 42 zum Nutzobjekt 6 möge 7 mm betragen und dessen Breite 1 mm. Der Abstand der. Meßobjektes 43 vom Nutzobjekt 6 beträgt dann 14 mm und die Ringbreite 2 mm. Der Abstand des Meßobjektes 44 vom Nutzobjekt 6 beträgt 28 mm und die Ringbreite ist 4 mm.

Diese ringkreisförmigen Meßobjekte 42 bis 44 haben wieder keinen Einfluß auf den Zeichnungsträger 30(Fig. 1). Beim kleinsten durch das Zoom-Objektiv 22 eingestellten Maßstab liegt das kleinste Meßobjekt 42 noch außerhalb des Objektfeldes 31 (Fig. 1).

Die gewählten Abmessungen der kreisringförmigen Meßobjekte 42 bis 44 sind den Maßstäben 1:1. 1:2 und 1 :4 zugeordnet. Bei dem eingestellten Maßstab von beispielsweise 1 : 1 wird ein Bild des Nutzobjektes 6 und der Meßobjekte 42 bis 44 auf der Meßebene 24 (Fig. 1) projiziert, wie es in der Fig. 10 dargestellt ist. Auf der Kante 45 des projizieren Meßobjektes 44 sind Fotodelektoren 47, 49 unter einem Winkel von ¹X)" angeordnet. Auf der Käme 46 des gleichen Meßobjektes sind den Fotodetektoren 47, 49 örtliche Fotodetcktoren 48, 50 zugeordnet und forner ein gegenüber dem Fotodetektor 50 um 90° versetzter Fotodetektor 51. Die Fotodetcktoren 47. 48 erzeugen Signale, wenn eine Lageabweichung des projizieren Bildes in ΑΓ-Richtung auftritt, während die Fotodetektoren 49, 50 elektrische Signale erzeugen, wenn eine Lager-bweichung des projizierten Bildes in V-Richtung .iuftritt.

Wird das projizierte Bild des Nutzobjektes 6 durch das Reversions-Prisma gedreht, so bleibt die I^age der projizieren Kanten 45, 46 des projizierten Meßobjektes 44' bei einem fehlerfreien Reversions-Prisma 12 und Zoom-Obj-ktiv 22 unverändert. Weist das Zoom-Objektiv 22 eine Lageabweichung in X- und/ odet V-Richtung auf, dann erzeugen die Detektoren 47. 48 und/oder 49, 50 Signale, die über Stellglieder beispielsweise auf die schwenkbar gelagerte Glasplatte 21 (Fig. 1) so lange einwirken, bis die projizieren Kanten 45, 46 des Bildes nach der Fig. 10 wieder mittig zu den Fotodetektoren 47 bis 50 stehen.

Bei einer Lageabweichung der optischen Achse des Reversions-Prismas 12 verschiebt sich ebenfalls wieder das nachFig. lOprojizierte Bild auf der Meßebene 24 (Fig. 1), so daß die Kanten 45. 46 nicht mehr mittig zu den Fotodetektoren 47 bis 50 stehen und damit Signale erzeugt werden, die die Stellglieder für die Glasplatte 21 beeinflussen.

Bei einem eingestellten Maßstab soll auch eine Maßstabsänderung erkennbar sein. Hierfür müssen Signale geschaffen werden, die sich von den Signalen für eine X- und y-Korrekrur unterscheiden. Derartige Maßstabsänderungen können beispielsweise auftreten, wenn der Servo-Antrieb für das Zoom-Objektiv 22, welcher den Maßstab wählt, nicht genau ist.

In diesem Falle entspricht das durch den eingestellten Maßslab vorgegebene Bild nicht dem wirklich projizierten, d.h., dieses projizierte Bild ist entweder etwas kleiner oder größer als das durch den Maßstab vorgegebene. Im Falle eines projizierten Bildes nach der Fi g. K) sei angenommen, daß ein etwas größeres Bild projiziert worden ist, als eigentlich vom mit ivhler behafteten Servo-Antrieb eingestellt worden ist.

Das projizierte kreisringförmige Meßobjekt 44' ist

ίο damit ebenfalls größer und diese Vergrößerung wird vom auf der Kante 46 befindlichen Fotodetektor 51 erfaßt. Die Kante 45 ist durch den Fehler nach außen gelaufen, so daß der Fotodetektor 47 beispielsweise voll beleuchtet wird. Auch die Kante 46 ist nach außen gewandert, wodurch der Fotodetektor 47 weniger beleuchtet wird. Es ergibt sich dadurch ein Differenzsignal, welches zur Korrektur des Servo-Antriebes für das Zoom Objektiv 22 herangezogen wird.

Durch die Verwendung von je zwei Detektoren 47,

ao 48 bzw. 49, 50 und 47, 51 für die Erzeugung von Differenzsignalen für auftretende Lageabweichungen in ^-Richtung, V-Richtung und Maßstab können aber über Differenzverstärker für jedes Stellglied unabhängige Korrektuisignale gewonnen werden. Durch

as die Anwendung der Differenzsignale sind außerdem auf die Detektoren und Verstärker gleichsinnig wirkende Einflußgrößen, wie Spannungsschwankungen und Temperatureinflüsse, weitgehend kompensiert. Das projizierte Bild nach der Fi g. 10 entspricht ei-

ncm eingestellten Maßstab von 1:1. Die Abmessungen der projizierten Meßobjekte und des Nutzobjektes entsprechen denen der auf dem Träger 5 (Fi g. 9) angeordneten Objekte.

Wird ein Maßstab 1 : 2 eingestellt, so ergibt sich,

wie in der Fig. 11 als Teilausschnitt angedeutet, ein proji/iertes Bild mit doppelter Größe. Wie ersichtlich, werden von den Detektoren 47 bis 51 nunmehr die projizierten Kanten 70 und 71 des projizieren Meßobjektes 43' abgetastet, während das projizierte Meß-

objekt 44' außerhalb der Fotodetektoren 47 bis 51 liegt. Die Detektoren haben ihre Lage nicht verändert. Das projizierte Bild 6' des Nutzobjektes 6 ist doppelt so groß. Eine etwa notwendig werdende Korrektur des Bildes nach der Fig. 11 wird, wie an Hand der Fig. 10 beschrieben, vorgenommen.

Die Fig. 12 zeigt schließlich ein projiziert« Bild bei einer Einstellung eines Maßstabes von 1 : 4. Von den Fotodetektoren 47 bis 51 werden nunmehr die Kanten 72,73 des projizierten Meßobjcktcs 42' abgc-

tastet. Eventuell auftretende Verschiebungen des Bildes werden, wie obenstehend ausgeführt, korrigiert. Die Fig. 13 zeigt die Zusammenschaltung der vorstehend beschriebenen Korrektursysteme. Es sind Differenzverstärker 52. 53 und 54 vorgesehen, durch

die beispielsweise als Motoren M ausgebildete Stellglieder beeinflußt werden.

Die Signale der Fotodetektoren 47, 48 sind an den Differenzverstärker 52 geschaltet, der an seinem Ausgang ein der A'-Richtung zugeordnetes Fehlersignal

ausgibt, welches auf den zugeordneten Motor M einwirkt. Die Signale der Diskriminatoren 49. 50 sind an den Differenzverstärker 53 geführt, an dessen Ausgang ein der Y-Richrung entsprechendes Fehlersignal erzeugt wird, das auf einen zugeordneten Motor

Af einwirkt. Die Signale der Fotodetektoren 47 und 51 sind dem Differenzverstärker 54 zugeführt, an dessen Ausgang ein dem Maßstab zugeordnetes Fehlersignal auftritt, welches einen Motor M" beeinflußt, der

der Antrieb für das Zoom-Objektiv ist.

Wie vorstehend ausgeführt, treten bei einer Maßstabsänderung an den Fotodetektoren 47, 51 Signale auf, da sich die projizierten Kanten der projizierten Meßobjekte 42', 43', 44' ändern (Fig. 10 bis 12). Diese Signale werden auf den Differenzverstärker 54 nach der Fig. 13 gegeben, durch den der Antrieb für das Zoom-Objekt nachgestellt wird. Erst wenm die Fotodetektoren 47,51 wieder gleiches Licht erhalten, ist das Ausgaiigssignal des Differenzverstärkeis 54 und damit die Maßstabsänderung korrigiert.

Die Signale der Fotodetektoren 47, 51 ändern sich auch bei einer auftretenden Lageabweichung der optischen Achse der verstellbaren Elemente 12, 22 (Fig. 1). Eine Lageänderung in V-Richtung ergibt keine Änderung der Signale, da sich die projizierten Kanten ebenfalls in dieser Richtung verschieben, so daß nur die Fotodetektoren 49,50 unterschiedlich beleuchtet werden und sich ein Differenzsignal ungleich Null für den Verstärker 53 ergibt. Gleiches gilt bei einer Lageänderung in A'-Richtung. Die Fotodetektoren 47, 48 werden unterschiedlich beleuchtet, so daß ebenfalls wieder nur ein Differenzsignal ungleich Null für den Verstärker 52 entsteht. Eine Lageänderung in y-Richtung hat auf den Fotodetektor 51 gar keinen Einfluß, da die abgetastete Kante praktisch in ihrer Lage bleibt. An diesem Fotodetektor tritt jedoch ein Signal bei einer Lageänderung in X-Richtung auf, wobei sich das Signal des Fotodetektors 47 jedoch gleichsinnig ändert. Durch diese gleichsinnige Änderung der Signale der Fotodetektoren 47, 51 ist das am Differenzverstärker 54 liegende Differenzsignal Null, damit wird auch nicht der Maßstabsantrieb betätigt.

Eine etwa auftretende Lageabweichung in den Richtungen X, Y hat also keinen Einfluß auf den eingestellten Maßstab.

Durch die Korrektursysteme werden auch Lagefehler der auf dem Objektträgers aufgebrachten Nutzobjekte 6 ausgeregelt. Ist ein Nutzobjekt 6 nicht in seiner vorgeschriebenen Mittenlage und ist vorausgesetzt, daß das Reversions-Prisma 12 und das Zoom-Objektiv 22 fehlerfrei sind, so wird das vom Nutzobjekt 6 auf der Meßebene 24 (Fig. 1) projizierte Bild derart verschoben auftreten, daß die Fotodetektoren 47 bis 50 unterschiedlich ausgeleuchtet werden und somit elektrische Signale erzeugen. Diese Signale steuern die Differenzverstärker 52, 53 nach der Fig. 13 an und deren Atisgangssignale wirken auf die Stellglieder für die Glasscheibe 21. Diese wird entsprechend der Fehlersignale so lange verstellt, bis das projizierte Bild auf der Meßebene 24 seine Soll-Lage einnimmt.

Das projizierte Bild wird also sowohl von der Lageabweichung der Objekte und der verstellbaren optischen Systeme 12 und 22, als auch von Maßstabsabweichungen auf eine Lage symmetrisch zu den Fotodetektoren 47 bis 50 hingezwungen.

Es gibt Fälle, in denen ein Nutzobjekt 6 deshalb nicht einwandfrei projiziert werden kann, weil das Reversions-Prisma 12 sich nicht genau genug auf den geforderten Winkel einstellen läßt. Dies kann daher rühren, daß das Nutzobjekt 6 auf die Objektscheibe 5 bereits mit einem Winkelfehler aufgebracht wurde.

Für die Ermittlung und Korrektur der Winkelfehiier können die kreisringförmigen Meßobjekte 42 bis 44 der Fig. 9 durch Rasterspuren ersetzt werden. Dii:se Spuren verhalten sich wieder im Radius umgekehrt wie die Maßstahs/uordnting. Eine Rasterspur ist einem Maßstab 1:1, eine weitere Rasterspur einen· Maßstab 1: 2 und eine letzte Rasterspur einem Maßstab 1 :4 zugeordnet. Diese Rasterspuren sind korreliert mit den Winkelpositionen des Positioniersystemi für das Reversions-Prisma 12. Dieses kann beispielsweise über einen Schrittmotor angetrieben werden und mit den projizierten Rasterspuren wird die Winkelabweichung erfaßt.

Die Fig. 14 zeigt ein im Maßstab 1:1 projiziertes

ίο Meßbild, welches auf einer Meßebene erscheint, dei für die Abtastung der projizierten Rasterspuren 61 bis 63' ein Fotodetektor 64 zugeordnet ist. Die Meßebene weist also nicht nur die Fotodetektoren 47 bis 51, sondern auch noch den Fotodetektor 64 auf, der ander Übergangsstelle zweier Rasterelemente 67, 6fi angeordnet ist.

Bei einem eingestellten Maßstab 1 : 1 tastet der feststehende Fotodetektor 64 die projizierte Rasterspur 61' ab. Wird das Bild im Maßstab 1 : 2 projiziert,

ao so tastet der Detektor 64 die dann an die Stelle der Spur 61" gerückte Rasterspur 62' und bei einem Maß stab 1 :4 die dann an die Stelle der Spur 61' gerückte Rasterspur 63' ab. Die Verhältnisse sind dabei gleich denen in Verbindung mit den Fig. 10 bis 12 beschrie-

*5 benen.

Wird das projizierte Bild durch das Reversions-Prisma 12 gedreht, so werden am Fotodetektor 64 durch die gerade abgetastete, projizierte Rasterspur 61' oder 62' oder 63' Impulse erzeugt, die zur Messung

der Lage des projizierten Bildes dem Winkel nach herangezogen werden. Für eine genaue Winkelregelung ist es auch hier zweckmäßig, mit einem weiteren Fotodetektor 65 ein Differenzsignal zu erzeugen, um über einen Differenzverstärker ein Fehlersignal unter

Ausschaltung von Gleichtakteinflüssen nur dann zu erhalten, wenn die Signale der Fotodetektoren ungleich sind. Hierzu sind die Detektoren 64, 65 derart zur jeweils projizierten Rasterspur angeordnet, daß von diesen die Übergänge lichtdurchlässig - lichtun-

durchlässig abgetastet werden.

Auch bei einem Antrieb des Reversionsprismas durch einen Schrittmotor können diese Signale zu einer genauen Einstellung des Schrittwinkels herangezogen werden. Mittels eines zwischen den Detektoren 64, 65 angeordneten Detektors 66 wird gegebenenfalls ein Signal ereugt, das gegenüber dem des Detektors 64 um 90° verschoben ist, so daß eine Richtungsdiskriminierung erreicht werden kann.

Die projizierten Rasterspuren 61', 62', 63' mit den zugeordneten Fotodetektoren 64 bis 66 bilden ein relatives inkremen tales Lagemeßsystem (Zählverfahren). Wie nicht weiter dargestellt, wird deshalb durch eine entsprechende Nullmarkenabtastung am drehbaren Teil des Reversionsprismas oder durch die Abtastung einer Nullmarke im projizierten Bild ein Signal erzeugt, wenn das projizierte Bild sich einmal gedreht hat. Der verwendete Zähler wird damit auf Null gesetzt.

Durch das projizierte Bild und von den Fotodetektoren 47 bis Sl und 64 abgetastete Bild der als Rasterspuren ausgebildeten Meßobjekte können Mittenabweichungen der Nutzobjekte, des Reversions-Prisnias 12, des Zoom-Objektivs 22, Maßstabsabweichungen des Zoom-Objektivs 22 sowie Winkelfehler des Reversions-Prismas 12, dessen Positionierungssystem und des auf die Objektscheibe zusammen mit dem Meßobjekt aufgebrachten Nutzobjektes ermittelt und korrigiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Lichtzeichenkopf mit einem bewegbaren Objektträger und verstellbaren optischen Systemen (Reversions-Prisma und/oder Zoom-Objeilctiv), durch die das projizierte Bidl gedreht oder in seiner Größe geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im nach dem bzw. den verstellbaren optischen System(en) (12, 22) projizierten Bild für die Zeichenebene (30) unterdrückte, von den Nutzobjekten (6) und/oder Systemen (12,22) abgeleitete Informationen enthalten sind, aus denen elektrische Signale zur Ko rrektur der Lagefehler der Nutzobjekte (6), der Lage- und Winkelfehler und der Maßstababweichung der verstellbaren optischen Systeme (12, 22) abgeleitet werden.

2. Lichtzeichenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen durch auf dem Objektträger (5) befindliche Meßobjek::e (32, 35, 36 bis 39, 42 bis 44, 61 bis 63) gebildet sind, deren projiziertes Bild von die Soll-Lage di.:s Bildes bestimmenden Fotodetektoren (17 bis 24}, 25 bis 28.47 bis 51,64bis 66) abgetastet werden.

3. Lichtzeichenkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung nur eines Reversions-Prismas (12) für die Korrektur der Mittenabweichung der optischen Achse als Meßobjekt (32) für jedes Nutzobjekt (6) ein in den Strahlengang (11) eingebrachter konzentrischer Kreisring (32) oder eine Kreiskante (35) vorgesehen ist (Fig. 2, 4).

4. Lichtzeichenkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßobjekte kreuzförmig angeordnete Hell-Dunkel-Kanten (36 bis 39) rind (Fig. 6).

5. Lichtzeichenkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer kombinierten Anwendung von Reversions-Prisma (12) und Zoom-Objektiv (22) als Meßobjekte zum Nutzobjekt (6) konzentrisch angeordnete Kreisringe (42 bis 44) dienen, von denen je einer für einen bestimmten Abbildungsmaßstab vorgesehen ist.

6. Lichtzeichenkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der *-Y-Lage, der Winkellage und Maßstabfehler des projizierten Meßbildes das Nutzobjekt (6) von konzentrischen Kreisringen (61 bis 63) mit Rasterelementen (67, 68) umgeben ist, wobei für die Korrektur der A^V-Lage und eines Maßstabfehlers des Meßbildes die Kanten (45, 46) der projizierten Kreisringe (61' bis 63') abgetastet werden, während zur Korrektur der Winkellage des projizierten Meßbildes die Übergangsstellen der Rasterelemente (67, 68) der Rasterspuren abgetastet werden (Fig. 14).