DE2459328C2 - Optical correlator - Google Patents

Optical correlator

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DE2459328C2 DE19742459328 DE2459328A DE2459328C2 DE 2459328 C2 DE2459328 C2 DE 2459328C2 DE 19742459328 DE19742459328 DE 19742459328 DE 2459328 A DE2459328 A DE 2459328A DE 2459328 C2 DE2459328 C2 DE 2459328C2
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Description

F ϊ g. 1 einen Korrelator mit Spiegel zwischen Abbildungsoptik und Raster;F ϊ g. 1 a correlator with a mirror between imaging optics and grid;

F i g. 2 einen Korrelator mit Spiegel vor der abbildenden Optik;F i g. 2 a correlator with a mirror in front of the imaging optics;

F i g. 3 eine Abwandlung des in F i g. 2 gezeigten;F i g. 3 shows a modification of the one shown in FIG. 2 shown;

F i g. 4 einen Korrelator mit Spiegel im abbildenden optischen System;F i g. 4 a correlator with a mirror in the imaging optical system;

Fig.5 einen Korrelator mit zwei Spiegelsystemen vor der abbildenden Optik;5 shows a correlator with two mirror systems in front of the imaging optics;

Fig.6 einer; Korrelator mit einem Spieger mit gekrümmter Spiegelfläche.Fig.6 one; Correlator with a mirror with curved Mirror surface.

In Fig. 1 ist ein optischer Korrelator beschrieben, welcher eine Abbildungsoptik 10, ein bewegbar gelagertes Raster 11 sowie einen diesem nachgeschalteten fotoelektrischen Empfänger 12 aufweist Das Raster 11 ist als Amplitudenraster ausgebildet Bei Bewegung des Rasters relativ zum Bild des Objektes gibt der Empfänger 12 elektrische Wechselsignale ab, die im Hinblick auf die gesuchte Relativgröße (Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Bewegungsstrecke) zwischen Objekt und Korrelator ausgewertet werden. Es ist zusätzlich ein Pianspiegei 14 vorgesehen, welcher parallel zur optischen Achse und vorzugsweise parallel zu den Marken des Rasters ortsfest montiert ist Vom Objekt kommende durch das Objektiv schräg einfallende Lichtbündel werden von ihm in Richtung auf das Raster reflektiert, und treffen nach dem Zusammenwirken mit letzterem auf einen fotoelektrischen Empfänger 15 auf, der dann entsprechende Signale abgibt Das bewegbar gelagerte Raster 11 wird mit einer Geschwindigkeit bewegt (durch Pfeil angedeutet), die groß gegen die Relativgeschwindigkeit des Objektbildes ist Die Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Objektbild und Raster geht direkt in das Meßergebnis ein. Es ist also notwendig, diese Geschwindigkeit genau zu kennen und möglichst konstant zu halten, wobei gerade letzteres einen ziemlich hohen Geräteaufwand bedingen kann. Wegen der Spiegelung aber ergibt sich für das von diesem Strahlungsanteil entworfene Bild eine Bewegung, die der soeben beschriebenen entgegen verläuft, und es ergibt somit, daß für eine bestimmte Bewegungsrichtung des Objektes relativ zum Korrelator die Signale aus dem unreflektierten Strahlengang sich darstellen als Vo + Δν, (wobei vo durch die Frequenz der Rasterbewegung, Δν durch die Relativbewegung zwischen Korrelator und Objekt gegeben ist) während der reflektierte Strahlengang Signale ergibt, die vo — Δν entsprechen. Aus diesen beiden Gleichungen läßt sich einmal die Rastergeschwindigkeit vo eliminieren. Zum anderen ergibt sich für die gesuchte Relativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Korrelator tier Betrag 2Δν, was der Exaktheit der Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zugute kommtIn Fig. 1, an optical correlator is described which has imaging optics 10, a movably mounted grid 11 and a photoelectric receiver 12 connected downstream of this. The grid 11 is designed as an amplitude grid which are evaluated with regard to the sought-after relative variable (direction of movement, speed, acceleration, distance of movement) between the object and the correlator. A piano mirror 14 is also provided, which is fixedly mounted parallel to the optical axis and preferably parallel to the marks of the grid to a photoelectric receiver 15, which then emits corresponding signals. The movably mounted grid 11 is moved at a speed (indicated by an arrow) which is large compared to the relative speed of the object image. It is therefore necessary to know this speed exactly and to keep it as constant as possible, the latter in particular being able to require a fairly high level of equipment expenditure. Because of the reflection, however, there is a movement for the image designed by this radiation component which runs counter to that just described, and it thus results that for a certain direction of movement of the object relative to the correlator, the signals from the unreflected beam path are represented as Vo + Δν , (where v o is given by the frequency of the raster movement, Δν is given by the relative movement between the correlator and the object) while the reflected beam path results in signals that correspond to v o - Δν. The raster speed v o can be eliminated from these two equations. On the other hand, the relative speed sought between the object and the correlator results in the amount 2Δν, which benefits the accuracy of the determination of the relative speed

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem als Optik eine Halblinse tO' vorgesehen ist und der Planspiegel 14 mit seiner spiegelnden Fläche in der optischen Achse liegt, aber vor der abbildenden Optik montiert ist. Als Raster ist hier ein Radialraster Ii' vorhanden, welches von einem Motor 16 angetrieben sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt.F i g. 2 shows an embodiment in which as optics a half lens tO 'is provided and the plane mirror 14 with its reflective surface in the optical axis but is mounted in front of the imaging optics. The grid here is a radial grid Ii ', which driven by a motor 16 moves at a predetermined speed.

Beim in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Relativbewegung zwischen Objektbild und Raster dadurch erzeugt, daß zwischen die abbildende Optik 10 und das Raster 11 ein mit einer Drehzahl η rotierendes Spiegelpolygon 20 eingefügt ist Ein Planspiegel 14 ist auch hier vor der Optik 10 parallel zur optischen Achse und in zu den Marken des Rasters 11 entsprechender Richtung starr montier i. Dem Raster sind über eine sammelnde Optik 17 zwei Empfänger 12,15 zugeordnet, deren Ausgangssignale einer Auswertestufe 18 zugeführt werden, welcher eine Anzeige 18' nachgeschaltet ist Diese Stufe 18 kann beispielsweise einen Vor-Rückwärtszähler enthalten, welchem die vom am Spiegel nicht reflektierten Strahlengang herrührenden Signale Vo + Δν über den Plus-Eingang, die vom am Spiegel reflektierten Strahlengang herrührenden Signale Vo — Δν über den Minus-Eingang zugeführt werden; vo In the embodiment shown in Figure 3, the relative movement between the object image and the grid is generated by inserting a mirror polygon 20 rotating at a speed η between the imaging optics 10 and the grid 11 Axis and rigidly mount i in the direction corresponding to the marks of the grid 11. Two receivers 12, 15 are assigned to the grid via collecting optics 17, the output signals of which are fed to an evaluation stage 18, which is followed by a display 18 ' Signals Vo + Δν via the plus input, the signals Vo - Δν originating from the beam path reflected on the mirror are fed in via the minus input; v o

ίο ergibt sich dabei aus der Umdrehungsgeschwindigkeit η des Polygons, denn es gilt V0 == f(n). Am Ausgang des Zählers erscheint dann das Signal Zdvmit entsprechendem Vorzeichen. Es kann mittels eines Anzeigegerätes 18' sichtbar gemacht und/oder zur Ansteuerung einer in der Zeichnung gestrichelt dargestellten und hier beispielsweise auf die Bewegung des Objektes wirkenden Servoeinrichtung 19 benutzt werden.ίο results from the speed of rotation η of the polygon, because V 0 == f (n) applies. The signal Zdv with the appropriate sign then appears at the output of the counter. It can be made visible by means of a display device 18 'and / or used to control a servo device 19, which is shown in dashed lines in the drawing and here, for example, acts on the movement of the object.

In Fig.4 ist dargestellt daß der Spiegel 14 sich auch im Raum der abbildenden Optik befinden kann. Letztere weist hier zwei Glieder 100,101 auf, zwischen denen der Spiegel 14 hier seitlich montiert hi. Das Raster 11 ist wieder beweglich gelagert and es sind nicht mit dargestellte Antriebsmittel für dasselbe vorgesehen. Die Ausgangssignale der Empfänger 12,15 können in oben beschnebener Weise ausgewertet werden.In Figure 4 it is shown that the mirror 14 is also can be located in the space of the imaging optics. The latter here has two links 100, 101, between which the mirror 14 here mounted laterally hi. The grid 11 is again movably mounted and there are not shown Drive means provided for the same. The output signals of the receivers 12, 15 can be described above Way to be evaluated.

Beim in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist wiederum seitlich und vor der Optik 10 ein Planspiegel 14 montiert, der parallel zur optischen Achse und zu den Marken des Rasters 11 ist Auf der anderen Seite ist e;n aus zwei Planspiegeln bestehender Winkelspiegel 22 so angebracht, daß vom Objekt kommende Lichtstrahlenbündel nach zweimaliger Reflexion zum Raster 11 gelangen. Da der Spiegel 14 ja nur einmal reflektiert entstehen also auch hier mittels der fotoelektrischen Empfänger Signale, die in bezug auf die Relativbewegung Δν zwischen Objekt und Korrelator gegenläufig sind.When in F i g. 3, a plane mirror 14 is again mounted on the side and in front of the optics 10, which is parallel to the optical axis and to the marks of the grid 11 After two reflections, the light beam arrives at the grid 11. Since the mirror 14 only reflects once, signals are also generated here by means of the photoelectric receiver which are in opposite directions with regard to the relative movement Δν between the object and the correlator.

In F i g. 6 schließlich ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zwischen Optik 10 und Objekt seitlich ein Spiegel 14' mit gekrümmter Oberfläche vorhanden ist.In Fig. 6 finally an embodiment is shown, in which a mirror 14 'with a curved surface is present laterally between the optics 10 and the object.

Die übrigen Bauteile haben die weiter oben beschriebene Funktion.The other components have the function described above.

Variationen des Gezeigten sind möglich. Wenngleich in allen Beispielen jeweils ein Amplitudenraster dargestellt ist, so kann die Erfindung selbstverständlich auch bei anderen, mit einem oder mehreren Rastern gleicher oder anderer Art, z. B. mit Phasenrastern, ausgestatteten optischen Korrelatoren Anwendung finden. Auch sind Ausführungsformen für Korrelatoren denkbar, bei denen die gezeigten Spiegel gegeneinander ausgewechseit oder miteinander vertauscht sind. Auch können beispielsweise die Spiegel Außenflächen eines entsprechenden Glaskörpers sein, durch welchen die optische Achse verläuft.Variations of what is shown are possible. Although an amplitude grid is shown in each of the examples is, the invention can of course also with others, with one or more grids the same or other kind, e.g. B. with phase grids, equipped optical correlators are used. Even Embodiments for correlators are conceivable in which the mirrors shown are interchanged with one another or are interchanged. For example, the mirrors can also be outer surfaces of a corresponding one Be a glass body through which the optical axis runs.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (8)

1 2 gung zwischen Objektbild und Raster erzeugenden Mit- Patentansprüche: teL - Eine Relativbewegung zwischen Objektbild und Ra-1 2 connection between the object image and the raster-generating patent claims: teL - A relative movement between the object image and the raster 1. Optischer Korrelator mit einer Abbildungsop- ster erzeugende Mittel sind aus beispielsweise der US-tik, mindestens einem optischen Raster, einem die- 5 PS 35 Il 751 bekannt, wo bei der Ermittlung der Obersem zugeordneten, mindestens einen Empfänger einstimmung (des Korrelationsgrades) zwischen einem enthaltenen fotoelektrischen Empfängersystem, des- Referenzmuster und einem zu prüfenden Muster diese sen Ausgangssignale im Hinblick auf Bewegungs- in eine Relativbewegung zueinander versetzt werden, richtung, Geschwindigkeit, Bewegungsstrecke oder Die Aufgabe dieser Bewegung liegt dabei darin, die Beschleunigung zwischen dem Korrelator und ei- 10 Ausrichtung der Muster zueinander überflüssig und die nem vorzugsweise unmarkierten Objekt ausgewer- Lage des bei Korrelation der Muster entstehenden tet werden, sowie mit mindestens einem eine ReIa- Lichtflecks unkritisch zu machen. Richtungsdefinierentivbewegung zwischen Objektbild und Raster erzeu- de elektrische Signale werden aber mit diesen bekanngenden Mittel, "dadurch gekennzeichnet, ten Vorrichtungen nicht erhalten,
daß im Abbildungsbereich der Optik (10, IC, 100, 15 Es ist ferner ein derartiger Korrelator durch die DE-101) mindestens ein eine zusätzliche gegenläufige OS 22 56 885 bekannt Weiter ist es ganz allgemein aus Bildbewegung erzeugendes Spiegelsystem (14, 14', der Meßtechnik bekannt, zur Erzielung von richtungs-22) vorgesehen ist, und daß die im Zusammenwirken definierenden Signalen mehrere gleichartige Raster mit einem Raster (11,11') aus diesen gegenläufigen vorzusehen und diese gegeneinander um einen beBewegungen resultierenden Lichtflüssc fototlek- 20 stimmten Betrag ihrer Teilungsperiode versetzt zu trisch in elektrische Signale umgewandelt werden. montieren. Bei fotoelektrischer Abtastung ergeben sich1. Optical correlator with an imaging op- ster generating means are known from, for example, US-tik, at least one optical raster, a die- 5 PS 35 Il 751, where at least one receiver (the degree of correlation) associated with the determination of the upper sem. between an included photoelectric receiver system, the reference pattern and a pattern to be tested, these sen output signals are set in a relative movement to one another with regard to movement, direction, speed, movement distance or The task of this movement is to accelerate the acceleration between the correlator and egg Alignment of the patterns to one another is superfluous and the preferably unmarked object is evaluated. Location of the resulting correlation of the pattern, as well as making a ReIa light spot uncritical with at least one. Direction-defining movement between the object image and the raster generating electrical signals are not obtained with these known means, "characterized by th devices,
that in the imaging area of the optics (10, IC, 100, 15 there is also such a correlator from DE-101) at least one additional counter-rotating OS 22 56 885 is known. known from measurement technology, is provided to achieve direction-22), and that the interacting defining signals provide several similar rasters with a raster (11, 11 ') of these opposing ones and these against each other by a moving light-flow phototlek-20 correct amount their graduation period offset to trisch converted into electrical signals. assemble. In the case of photoelectric scanning, the result is 2.Optisdher Korrelator nach Anspruch !,dadurch dann entsprechend in ihrer Phase gegeneinander ver-2. Optisdher correlator according to claim! gekennzeichnet, daß eine Auswertestufe (18) vorge- schobene elektrische Signale, die Auskunft über die re-characterized in that an evaluation stage (18) provides advanced electrical signals which provide information about the re- sehen ist, welcher aus der normalen und aus der lative Bewegungsrichtung zwischen Raster und Objektyou can see which is from the normal and from the latent direction of movement between the grid and the object gegenläufigen Bildbewegung abgeleitete elektrische 25 geben. Dieser Phasenversatz der Signale läßt sich auchgive opposite image movement derived electrical 25. This phase shift of the signals can also Signale zugeführt werden, und deren Ausgangssi- beispielsweise mittels aufspaltender optischer BauteileSignals are fed, and their output, for example by means of splitting optical components gnale einer Anzeige- (18^ und/oder einer Steuervor- erreichen, wie dies in der genannten Veröffentlichungsignals of a display (18 ^ and / or a tax advance, as in the publication mentioned richtung (19) zugeführt werden. dargelegt istdirection (19) are supplied. is set out 3. Optischer Korrelator nach Anspruch 1 oder 2, Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen optidadurch gekennzeichnet, daß das gegenläufige Bild- 30 sehen, in seinem Aufbau einfachen, Korrelator zu schafbewegungen erzeugende Spiegelsystem mindestens fen, welcher ebenfalls richtungsdefinierende elektrische einen Plansp'>gel (14,22) umfaßt Signale abgibt und sich zur Erzeugung dieser Signale3. Optical correlator according to claim 1 or 2, the invention was based on the object of providing an opti-thereby characterized in that the opposing image 30 see, in its structure simple, correlator to sheep movements generating mirror system at least fen, which is also direction-defining electrical a plansp '> gel (14,22) emits signals and is used to generate these signals 4. Optischer Korrelator nach einem der vorherge- einer zusätzlichen Relativbewegung zwischen Objekt henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß und Raster bedient4. Optical correlator after one of the previous an additional relative movement between objects pending claims, characterized in that and grids served das gegenläufige Bildbewegung erzeugende Spie- 35 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem opti-the opposing image movement generating game 35 This object is achieved according to the invention with an optimal gelsystem mindestens einen Spiegel mit gekrümmter sehen Korrelator der eingangs genannten Art dadurchGel system at least one mirror with a curved see correlator of the type mentioned thereby Spiegelfläche (14') umfaßt. gelöst, daß im Abbildungsbereich der Optik mindestensIncludes mirror surface (14 '). solved that in the imaging area of the optics at least 5. Optischer Korrelator nach Anspruch 3, dadurch ein eine zusätzliche gegenläufige Bildbewegung erzeugekennzeichnet, daß ein Planspiegel (14) mit seiner gendes Spiegelsystem vorgesehen ist, und daß die im spiegelnden Fläche parallel zur optischen Achse des 40 Zusammenwirken mit einem Raster »us diesen gegenabbildenden Systems (10, 10', 100,101) und im we- läufigen Bewegungen resultierenden Lichtflüsse dann sentlichen parallel zur Richtung der Marken des fotoelektrisch in elektrische Signale umgewandelt wer-Korrelatorraster(ll, 1Γ) montiert ist den.5. Optical correlator according to claim 3, characterized in that an additional counter-rotating image movement is generated, that a plane mirror (14) is provided with its low mirror system, and that the im reflective surface parallel to the optical axis of the interaction with a grid »us this counter-image Systems (10, 10 ', 100,101) and then the light flows resulting in continuous movements sentlichen parallel to the direction of the marks of the photoelectrically converted into electrical signals who-correlator raster (ll, 1Γ) is mounted on the. 6. Optischer Korrelator nach Anspruch 1, dadurch Es kann eine Frequenzvergleichsstufe vorgesehen gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (14) des 45 sein, welcher aus der normalen und aus der gegenläufi-Spiegelsystems im Raum zwischen abbildender Op- gen Bildbewegung abgeleitete elektrische Signale zugetik(10)und Korrelatorraster (11) montiert ist führt werden, und deren Ausgangssignale einer Anzei-6. Optical correlator according to claim 1, characterized in that a frequency comparison stage can be provided characterized in that at least a part (14) of the 45 be, which of the normal and of the counter-rotating i-mirror system electrical signals zugetik (10) and derived in the space between imaging Op- gen image movement Correlator grid (11) is mounted, and its output signals a display 7. Optischer Korrelator nach Anspruch 1, dadurch ge- und/oder einer Steuervorrichtung zugeführt wergekennzeichnet, daß'mindestens ein Teil (14,14', 22) den. Das gegenläufige Bildbewegungen erzeugende des Spiegelsystems im Raum vor der abbildenden 50 Spiegelsystem kann mindestens einen Planspiegel oder Optik (10) montiert ist mindestens einen Spiegel mit gekrümmter Spiegelfläche7. Optical correlator according to claim 1, characterized in and / or supplied to a control device, that 'at least a part (14,14', 22) den. That which creates opposing image movements the mirror system in the room in front of the imaging mirror system can have at least one plane mirror or Optics (10) are mounted at least one mirror with a curved mirror surface 8. Optischer Korrelator nach Anspruch 1, dadurch umfassen. Dabei kann der Planspiegel mit seiner spiegekennzeichnet daß das Spiegelsystem (14) zwi- gelnden Fläche parallel zur optischen Achse des abbilschen den Gliedern (100,101) der abbildenden Optik denden Systems und im wesentlichen parallel zur Richmontiert ist. 55 tung der Marken des Korrelationsrasters montiert sein.8. An optical correlator according to claim 1, characterized in that. The plane mirror can be identified with its mirror that the mirror system (14) between the surface parallel to the optical axis of the image the members (100,101) of the imaging optics denden system and mounted essentially parallel to the Rich is. 55 direction of the marks of the correlation grid must be mounted. Das Spiegelsystem kann mindestens teilweise im RaumThe mirror system can be at least partially in the room zwischen abbildender Optik und Korrelationsrasterbetween imaging optics and correlation grid montiert sein. Auch ist die Montage mindestens eines Teils des Spiegelsystems vor der abbildenden Optikbe mounted. The assembly of at least part of the mirror system in front of the imaging optics is also necessary Die Erfindung betrifft einen optischen Korrelator mit 60 möglich. Auch kann das Spiegelsystem zwischen denThe invention relates to an optical correlator with 60 possible. The mirror system between the einer Abbildungsoptik, mindestens einem optischen Ra- Gliedern der abbildenden Optik montiert sein,an imaging optics, at least one optical Ra members of the imaging optics be mounted, ster, einem diesem zugeordneten, mindestens einen Der besondere Vorteil des neuen Korrelator liegtster, one assigned to this, at least one The particular advantage of the new correlator lies Empfänger enthaltenden fotoelektrischen Empfänger- darin, daß die Genauigkeit seiner Signale völlig unab-Photoelectric receiver containing receiver - in that the accuracy of its signals is completely independent system, dessen Ausgangssignale im Hinblick auf Bewe- hängig ist von der modulierenden Bewegungsfrequenzsystem whose output signals are dependent on the modulating movement frequency with regard to movement gungsrichtung, Geschwindigkeit, Bewegungsstrecke 65 zwischen Objektbild und Raster,direction of movement, speed, distance of movement 65 between object image and grid, oder Beschleunigung zwischen dem Korrelator und ei- Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in schema-or acceleration between the correlator and a nem vorzugsweise unmarkierten Objekt ausgewertet tischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispie-nem preferably unmarked object evaluated table drawings shown embodiment examples werden, sowie mit mindestens einem eine RelaVivbewe- len erläutert. Es zeigtare explained, as well as with at least one RelaVivbeweeln. It shows
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