DE2260086C2

DE2260086C2 - Optischer Korrelator

Info

Publication number: DE2260086C2
Application number: DE2260086A
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl.-Ing. 6331 Hermannstein Delingat
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1972-12-08
Filing date: 1972-12-08
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE2260086A1; FR2210283A5; US3906220A; GB1448840A

Description

(a) ein Objektiv, welches das Objekt auf einen Bildteiler abbildet und

(b) dem Bildteiler nachgeordnete und die die Bildebene verlassenden Lichtflüsse erfassende und wandelnde fotoel-ektrische Empfänger,

dadurch gekennzeichnet, daß als Bildteiler '5 die ersten Stirnflächen (6', T) einer Vielzahl von Lichtleitern vorgesehen sind, welche je Koordinatenrichtung zu zwei Gruppen (6, 7) zusammengeführt sind, daß die Gruppenzugehörigkeit von den in der Bildebene benachbarten ersten Lichtleitecstirnflächen wechselt und daß jede Lichtleitergruppe (6, 7) mit je eisren fotoelektrischen Empfänger (10, 11) zusammenarbeitet, der jeweilr allen zweiten Stirnflächen der Lichtleiter einer Lichtleitergruppe (6,7) zugeordnet ist ^M

2. Optischer Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Lichtleiterstirnflächen in der Bildebene rasterartig angeordnet sind.

3. Optischer Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterstirnflächen in der Bildebene streifenförmig angeordnet sind.

4. Optischer Korrelator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der sich ergebenden Rasterelemente so geivählt isi, daß diese die erfaßte Bildebene in mindestem einer Koordinatenrichtung aperiodisch aufteilen.

5. Optischer Korrelator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften der Lichtleitfasern in den einzelnen Lichtleitern, wie Durchmesser, Querschnittsform, Material und rarbe ⁴" so gewählt sind, daß sie nur Licht bestimmter Polarisation oder Farbe übertragen.

6. Optischer Korrelator nach den Ansprüchen ! bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die sich ergebenden Rasterelemente bzw. Streifen in der *⁵ Bildebene definierte Richtung bzw. Richtungen mit der Bewegungsrichtung des Objektes einen Winkel ungleich π · 90° einschließen, wobei η eine ganze Zahl ist.

7. Optischer Korrelator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Lichtleitergruppe (19) vorgesehen ist, welche von einer Quelle (20) stammendes Licht in die Objektebene leitet

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Die Erfindung betrifft einen optischen Korrelator zum Ausfiltern von Bildstrukturen mit bestimmten Ortsfrequenzen und/oder zum Erfassen bzw. zum Messen der jeweiligen relativen räumlichen Lage eines Objektes mit einem das Objekt auf einen Bildteiler abbildenden Objektiv und mit diesem Bildteiler nachgeordneten und die die Bildebene verlassenden ^p*' l.ichtfliissc erfassenden und wandelnden fotoelektrisch^ Finpfänsrern.

[■'' sind mit unwsdiiedlichep iSikllcilern aii

optische Korrelatoren bekannt, bei denen die zu kontierenden Bildstrukturen Referenzstrukturen überlagert und die dabei resultierenden Lichtflüsse gemessen werden. Als Referenzstrukturen sind einfache ein- oder zweidimensional Amplitudengitter ebenso vorbeschrieben wie Phasengitter und Rasterstrukturen. Als Rasterstruktur haben sich Furehejiraster (Prismenraster) und Pyramidenraster als zweckmäßig erwiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren optischen Korrelatoi anzugeben, mit welchem ein Bild in definierter Weise in Teile zerlegt werden kann und die diesen Teilen zugeordneten Lichtflüsse möglichst vollständig und in vorgegebener Kombination zu fotoelektrischen Empfängern leitbar sind.

Diese Aufgabe wird durch einen optischen Korrelator der eingangs genannten Art gelöst, welcher sich dadurch auszeichnet, daß als Bildteiler die ersten Stirnflächen einer Vielzahl von Lichtleitern vorgesehen sind, weiche je Koordinatenrichtung zu zwei Gruppen zusammengeführt sind, daß die Gruppenzugehörigkeit von den in der Bildebene benachbarten ersten Lichtleiterstirnflächen wechselt, und daß jede Lichtleitergruppe mit einem fotoelektrischen Empfänger zusammenarbeitet, der jeweils allen zweiten Stirnflächen der Lichtleiter einer Lichtleitergruppe zugeordnet ist Vorteilhafte Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, daß die Lichtleiterstirnflächen in der Bildebene rasterartig angeordnet sind oder daß die Lichtleiterstirnflächen in der Bildebene streifenförmig angeordnet sind. Die Größe der sich ergebenden Rasterelemente kann so gewählt sein, daß diese die erfaßte Bildebene in mindestens einer Koordinatenrichtung aperiodisch aufteilen. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Eigenschaften der Lichtleitfasern in den einzelnen Lichtleitern wie Durchmesser, Querschnittsform, Material und Farbe so gewählt, daß sie nur Licht bestimmter Polarisation oder Farbe übertragen. Der optische Korrelator wird mit Vorteil so verwendet daß die durch die sich ergebenden Fasterelemente bzw. Streifen in der Bildebene definierte Richtung bzw. Richtungen mit der Bewegungsrichtung des Objektes einen Winkel ungleich π · 90° einschließen, wobei η eine ganze Zahl ist.

Schließlich kann bei einem erfindungsgemäßen Korrelator eine zusätzliche Lichtleitergruppe vorgesehen sein, welche von einer Quelle stammendes Licht in die Objektebene leitet.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Korrelators ist, daß der darin verwundete Bildteiler eine gute räumliche Anpassung der modulierten Lichtflüsse an die Geometrie der fotoelektrischen Empfänger erlaubt.

Ein anderer Vorteil des neuen Korrelators im Gegensatz zum Bekannten bzw. Vorbeschriebenen liegt darin, daß der neue Korrelator mit hoher Lichtausbeute arbeitet, so daß auch weniger gut beleuchtete Objekte exakt erfaßt und ihre Bewegungen vermessen werden können.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Korrelator mit Prismenraster bekannter Art,

F i g. 2 eine Bildteilcranordnung mit Lichtleitfasern.
F i g. 3 eine fiiklieileranordnurig zur Zweikoordinalcnmessung.

F i μ. 4 eine Bildteileraiiorrinuns; mn einer /us.lt/li eben Lichtlcitcrirniprx; /ur Obi'-kihclcin |-,!,::i>·

10

15

In Fig, 1 ist ein bekannter optischer Korrelator mit einem Durehljehtraster als Bild teiler gezeigt, welches als gleichschenkliges Prismenraster ausgeführt ist. Das von einer Lichtquelle 2 beleuchtete Objekt 1 wird mittels einer Optik 4 in eine Bildebene abgebildet, in welcher sich das genannte Raster 5 befindet. Zwei nachgeschaltete fotoeleivtrische Empfänger 10, 11 empfangen die Strahlungsteile, welche durch das Raster in zwei diskrete Richtungen gelenkt werden. Aus dem Verhältnis dieser beid^i Signale ergibt sich das Maß der relativen Bewegung des Objektes zur optischen Achse des soweit beschriebenen Systems nach einer Koordinatenrichiung. Will man nach zwei Koordinatenrichtungen messen, so muß man nach diesem Stand der Technik zwei solcher Korrelatoren vorsehen, die entsprechend der Raumlage der beiden gewünschten Meßrichtungen zueinander orientiert sind oder beispielsweise gemäß GB-Patent 12 49 302 ein Pyramidenraster als Bildteiler verwenden.

Ein gemäß der Erfindung aufgebautes Korrelatorsystern enthält als Bildteiler bzw. anstelle des Rasters 5 είπε Lichtleiteranordnung, wie sie beispielsweise in Fig.2 und wie sie beispielsweise in der DE-OS 15 48 729 für eine optische Prüfvorrichtung (Meßschrittgeber) dargestellt ist. Bei dieser Anordnung sind die Lichtleiter in zwei einzelne Gruppen 6 und 7 unterteilt und nebeneinanderliegend so angeordnet, daß in der Bildebene des Korrelators die Stirnflächen 6' bzw. T der einzelnen Gruppen aneinander anschließende Streifen bilden und so ein den Prismen des Rasters 5 wirkungsähnliches Muster bilden. Den anderen Stirnflächen jeder Gruppe ist einer der fotoelektrischen Empfänger 10 bzw. 11 zugeordnet

30 Zum Messen nach zwei Koordinatenrichtungen kann eine Lichtleiteranordnung vorgesehen werden, bei der die Lichtleiter vier Lichtleitergruppen 12—15 bilden, die ihrerseits wieder aufgespalten und mit den Leitern der anderen Gruppen so angeordnet sind, daß sich in der Bildebene ein Stirnflächenmuster nach Fig.3 ergibt Jeweils die beiden Licluleitergruppen, deren Leiter mit ihren Stirnflächen in einem Rasterquadrat 16 zwei sich nur mit ihren Ecken berührende Dreiecke bilden, werden zur Signalbildung in der Meßrichtung herangezogen, die durch die Winkelhalbierende der am Berührungspunkt der Dreiecke anliegenden Winkel bestimmt ist

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit für den optischen Korrelator ergibt sich aus Fig.4. Wie ersichtlich, gelangen hier drei Lichtleitergruppen 17,18, 19 zum Einsatz, von denen zwei Gruppen 17, 18 entsprechend dem in F i g. 2 Gezeigten angeordnet sind; die Gruppe 19 hingegen ist in zwei Anteile 19', 19" unterteilt, deren Stirnflächen in der Bildebene die von den Stirnflächen der beiden anderen T.ruppen gebildeten Meßebene flankieren. Diese dritte iichtleitergruppe 19 dient im dargestellten Fall der Belichtung des Objektes. Es ist also mit dieser Anordnung möglich, opake Objekte zu messen.

Es liegt nahe, einen Bildteiler mit streifenförmiger Teilung mit der Streifenrichtung senkrecht zur Meßrichtung zu orientieren. Eine hiervon abweichende Orientierung gestattet es. Signale zu erzeugen, deren Frequenz außer von der Objektgeschwindigkeit in der Hauptmeßrichtung auch noch von der dazu senkrechten Bewegung abhängt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1_t Optischer Korrelator zum Ausfiltem von Bildstrukturen mit bestimmten Ortsfrequenzen und/ oder zum Erfassen bzw. zum Messen der jeweiligen relativen räumlichen Lage eines Objektes, welcher beinhaltet