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BESCHREIBUNG
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Elektronisches lrefferanzeigegerät für Schießanlagen mit verschiedenartiger
berührungsloser Ermittlung der Geschoßposition durch elektromagnetische Wellen und
Anzeige der Treffer auf unterschiedlichen Anzeigevorrichtungen, vorzugsweise auf
einem handelsüblichen Fernsehgerät.
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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Xrefferanzeigegerät für
Schießanlagen mit verschiedenartiger berührungsloser Ermittlung der Geschoßposition
in einem freien Durchschußfeld und Anzeige der Treffer vorzugsweise auf einem handelsüblichen
Fernsehgerät nach Anspruch 1.
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Es ist der Wunsch eines Schützen, direkt nach Abgabe des Schusses,
so schnell und genau wie möglich, eine Anzeige über den Treffer am Standort des
Schützen zu bekommen.
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Außerdem ist man bemüht, die Zielscheibe aus Pappe oder Karton entbehrlich
zu machen und die Geschoßkoordinaten vorzugsweise auf elektronischem Wege zu erfassen.
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Beim Schießen auf eine Pappscheibe muß der Schütze seinen Treffer
mit dem Fernglas suchen oder die Scheibe manuell bzw. elektromechanisch zum Schützenstand
transportieren.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Ubertragung der Zielscheibe mit einer
TV-Kamera auf einen Monitor am Schützenstand.
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Aus diesen Gründen sind in den letzten Jahren Einrichtungen vorgeschlagen
worden, um das übliche Verfahren zu ersetzen.
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Diese Anlagen haben Jedoch erhebliche Mängel bezüglich der Anzeigegenauigkeit,
oder der bauliche Aufwand, bzw. der
Aufwand zur Erfassung und Anzeige
sind zu hoch und zu teuer.
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So ist bekannt, die von einem Geschoß im Überschallbereich erzeugte
Stoßwelle mit piezoelektrischen oder ähnlichen Wandlern zu registrieren und dadurch
annähernd die Geschoßposition zu bestimmen.
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Diese Anordnung hat neben der großen Ungenauigkeit, welche nur eine
ungefähre Trefferanzeige erlaubt, die Nachteile, daß durch störende Geräusche eine
Fehlanzeige ausgelöst werden kann und daß die Anlage, wie bereits erwähnt, nur für
Geschosse tauglich ist, welche sich im tiberschallbereich bewegen. (Deutsche Offenlegungsschrift
Nr. 30 00 360).
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Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, bei der in der linken und rechten
unteren Ecke des Schußfeldes jeweils ein Motor mit Drehspiegel und eine umfangreiche
Glasfaser- und Aufnahmeoptik vorgesehen ist. Bei Geschoßdurchtritt wird das Geschoß
in dem mit Folien ausgekleideten Durchschußfeld durch eine Blitzröhre beleuchtet
und über die Aufnahme optik und den Drehspiegel auf jeweils eine Fotodiode abgebildet.
Mit Hilfe einer Fernübertragungseinheit und eines Computers wird die Geschoßposition
ermittelt. Erfindungsgemäß sollen das Durchschußfeld, die Motoren und Aufnahmesysteme,
sowie die Blitzbeleuchtungsanlage auf einem Hauptträgerrahmen mit Stahlrohrkonstruktion
montiert werden. Das Ganze soll auf Gleisen fahrbar angeordnet sein. Diese Anlage
kam jedoch, nach Angabe des Erfinders, nie zur Anwendung (Deutsche Offenlegungsschrift
26 43 900).
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Es wird weiter in der zuletzt genannten OS angegeben, es wären Einrichtungen
vorgeschlagen worden, bei denen auf allen 4 Seiten des rechteckigen Schußfeldes
einzelne Infrarot-Lichtsender und -Empfänger mit den dazugehörigen optischen Systemen
vorgesehen sind, so daß ein grobmaschiges Gitter entsteht. Diese Methode ist jedoch
zu aufwendig, gemäß dem heutigen Stand der Technik auch nicht mehr sinnvoll und
zu ungenau.
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Schließlich sind auch noch einige elektromechanische Zielscheibenkonstruktionen
bekannt, die Jedoch naturgemäß
keine exakte Trefferanzeige ermöglichen,
störungsanfällig und der Gefahr einer Beschädigung durch die Schüsse ausgesetzt
sind. Außerdem erfüllen solche Konstruktionen nicht den Wusch nach einem freien
Durchschußfeld bzw. einer materielosen, verschleißfreien Ureffbildscheibe.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine exakte
Erfassung der Geschoßkoordinaten in einem freien Durchschußfeld mit verschiedenen,
neuartigen Methoden möglich zu machen, den Aufwand und die Kosten dazu sehr niedrig
zu halten und die Treffer vorzugsweise auf einem handelsüblichen Fernsehempfänger
(schwarzweiß oder farbig) anzuzeigen.
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Es kann hierbei eine Anzeigegenauigkeit von über 99,9 %, das heißt,
ein Anzeigefehler von weniger als 1 0/00erreicht werden. Möglich wird dies durch
die Verwendung eines neuartigen fotoelektronischen Zeilensensors, schnellen XV-Kameras
oder Laserstrahlen, eines entsprechenden Anzeigegerätes, sowie einer Anordnung nach
Patentanspruch 1 bis 3.
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Eine wesentliche Verbesserung der herkömmlichen Trefferermittlung
ist dadurch gegeben, daß das Licht einer punktförmigen Lichtquelle über eine Linse,
einen Parabolspiegel oder ein ähnlich wirkendes optisches System in ein gerades
Lichtstrahlband mit homogener Lichtstrahlung umgewandelt wird und auf der Gegenseite
mit der gleichen Anordnung auf einen Zeilensensor abgebildet wird.
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In ähnlicher Weise kann ein einzelner Normallicht- oder Laserstrahl
durch geeignete Ablenkmethoden über das Schußfeld geführt und auf einem einzelnen
fotoelektronischen Element (Fotodiode, Fototransistor, Fotoelement) oder auf einer
feinstrukturierten Sensorleiste abgebildet werden. Durch die Unterbrechung des Licht-
bzw. Laserstrahles und durch die Strahlposition liegen exakt die Geschoßkoordinaten
fest0 Eine weitere Möglichkeit ist die Ermittlung der Koordinaten durch eine oder
mehrere TV-Kameras (2 Stück), insbesondere solche, die mit einem neuartigen Halbleiterbildaufnehmer
ausgerüstet sind, welcher sich durch eine sehr kurze Bildspeicherladezeit auszeichnet
(z.B. RGS - Bildaufnehmer).
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Durch die Verwendung eines Lichtbandes (Lichtvorhang) mit parallelen,
homogenen Lichtstrahlen kann die Abbildung des Geschosses auch auf eine Mattscheibenleiste
erfolgen und die Abbildung der Leiste auf einen oder mehrere Zeilensensoren (oder
ähnliche Sensoren). Außerdem kann der Schatten des Geschosses oder es können die
am Geschoß reflektierten Strahlen auf eine Leiste mit vielen, feinen fotoelektronischen
Sensoren abgebildet werden. Es gibt heute fotoelektronische Einzelsensoren, die
eine Breite von weniger als 1 mm besitzen.
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Bei einigen dieser Elemente (Fotodioden, -transistoren, -elemente)
ist sogar noch ein kleines optisches System zur Verbesserung der Lichtausbeute integriert.
Dieses optische System ist jedoch bei den hier beschriebenen Methoden nicht unbedingt
erforderlich.
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Durch ein anderes Ausführungsbeispiel wird die Koordinatenermittlung
dadurch erreicht, daß man eine Lichtquelle mit parallelen Lichtstrahlen senkrecht
nach unten und eine weitere gleiche Lichtquelle in einem bestimmten Winkel von der
Seite auf eine fotoelektronische Leiste strahlen läßt.
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Durch dieses ruhende System ist ebenfalls eine genaue Bestimmung der
Durchtrittsstelle möglich. Bei einem weiteren Beispiel wird die Position des Geschosses
durch zwei scharf gebündelte Licht- oder Laserstrahlen ermittelt, die von zwei Drehspiegeln
oder ähnlichen Ablenkvorrichtungen auf zwei kreisrunde, reflektierende Bögen abgelenkt
und von dort in sich auf einen fotoelektronischen Sensor reflektiert werden.
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Laserstrahlkanonen sind heute keine teuren Einzelstücke mehr, sondern
schon preisgünstig von einigen Firmen zu beziehen.
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Durch die Anordnung der Laserkanone in einem großen Abstand zum Durchschußbereich,
z.B. in der Nähe des Schützen, kann der wirksame Ablenkradius sehr groß gehalten
werden, wodurch eine sehr kurze Abtastzeit im Schußfeld entsteht, und dadurch die
Drehzahl bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit der Ablenkvorrichtung sehr gering gehalten
werden kann.
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Die einzelnen vorgeschlagenen Koordinatenermittlungsverfahren
werden
in den nachfolgenden Beschreibungen zu den Zeichnungen noch näher erläutert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Herstellung
des landesüblichen Austast- und Synchronisiersignals nach der bestehenden Fernsehnorm
eine Aufzeichnung der Treffer auf einen Videorecorder und eine spätere Wiedergabe
der Treffer in zeitlicher Reihenfolge möglich ist.
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Weiterhin können beliebig viele Treffer bis zur vollständigen Berschießung
des gesamten Durchschußbereiches in den Halbleiterspeichern, auf Magnetband (z.B.
auch auf einer Sndloscassette)oder in einem anderen Bildspeicher gespeichert werden.
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Durch die Darstellung der Treffer auf einem Fernsehgerät und der Verwendung
der HF-Modulationsschaltung ist zwischen Zielscheibennachbildung und Schießstand
im einfachsten Falle nur ein einfaches Koaxialkabel (Antennenkabel) zur Datenübertragung
erforderlich. Außerdem kann die Ubertragung der Geschoßkoordinaten auch durch Funk-,
Infrarot-, Ultraschall-, Lichtwellen oder Schallwellen im hörbaren Bereich erfolgen.
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Durch die Erfindung kann der Erwerb eines besonderen Anzeigegerätes
entfallen, da praktisch überall ein Fernsehempfänger zur Verfügung steht.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schießanlage, wenn als Anzeigegerät
ein Fernsehempfänger verwendet wird, Fig.2 eine Schaltung, mit der die Koordinaten
aus dem freien Durchschußfeld aufgefangen und in Halbleiterspeichern (RAMs) eingelesen
werden. Durch die Ausgänge X und Y der beiden Speicher wird das Leuchtdichtebit
erzeugt.
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Fig. 2A bis 2D verschiedene Schaltungen, durch welche mehrere Schüsse
(treffer) gleichzeitig angezeigt werden können,
Fig. 3 eine Schaltung
zum Erzeugen des Austast- und Synchronisiersignals für Pernsehempfänger (in der
Bundesrepublik nach der CCIR- oder Gerbernorm), Fig. 4 das Bild-, Austast- und Synchronisiersignal,
wie es zur einwandfreien Funktion eines Fernsehempfängers nachgebildet werden muß,
Fig. 5 eine Anordnung zur Ermittlung der Geschoßkoordinaten mit parallelen Lichtstrahlen
und 2 langen Sensorleisten. Die Speicherschaltung 505 kann für einen LED- oder LCD-Bildschirm
verwendet werden. Weiter zeigt Fig. 5 die Erzeugung paralleler Lichtstrahlen mit
einem Parabolspiegel, Hohlspiegel oder Parabolspiegelsegment.
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Fig. 6 eine Schaltung, um die Geschoßkoordinaten mit einem Ringaäliler
zu erfassen, Fig. 7 die parallele Eingabe der Koordinaten in Schieberegister und
die serielle Auslesung, sowie einige Speicheranordnungen, Fig. 8 die Ermittlung
der Geschoßkoordinaten durch 1-aus-n zu BOD bzw. Dualzahl-Encodern, Fig. 9 die Ermittlung
der Geschoßkoordinaten durch zwei rechtwinklig angeordnete schnelle 1V-Kameras,
Fig. 10 die Bestimmung der Koordinaten durch eine einzige GV-Eamera im Zentrum des
Schußfeldes. Die Kamera besitzt vorzugsweise eine schnelle Halbleiter-Bildspeicherplatte,
z.B. einen RGS-Bildaufnehmer (1005), Fig. 11 die Abbildung des Geschosses auf einen
Zeilensensor (1101) oder eine andere fotoelektronische Sensorleiste (1104) oder
(1105). Im unteren Teil der Zeichnung ist eine Elektronenstrahlröhre dargestellt,
welche auf ihrer Bildfläche integrierte fotoelektronische Elemente (Fotodioden,
Fototransistoren, Fotoelemente) besitzt.
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Fig. 12 die Ermittlung der Koordinaten durch eine sich drehende Walze,
auf der zeilenförmig kleine reflektierende Elemente
angeordnet
sind, und durch eine Drehscheibe, auf welcher sich zeilenförmig angeordnete Löcher
befinden, Fig. 13 die Ermittlung der Koordinaten durch zwei Laserstrahlen oder durch
zwei scharf gebündelte, normale Lichtstrahlen, welche von Ablenkvorrichtungen (z.B.
Drehspiegel) auf zwei kreisrunden Spiegelleisten bewegt und von dort in sich auf
einen fotoelektronischen Sensor reflektiert werden, Fig. 14 Drehspiegel oder ähnliche
Anordnungen, mit denen zwei Normallicht-oder Laserstrahlen über 4 Parabolleisten
derart abgelenkt werden, daß sie jeweils nur auf ein einziges foto elektronisches
Element treffen und das gesamte Schußfeld nach dem Geschoß abtasten, Fig. 15 die
Ablenkung eines Licht- oder Laserlichtstrahles durch zwei Linsen oder Linsensegmente
über das Schußfeld, Fig. 16 die Ablenkung von Lichtstrahlen durch eine horizontal
angeordnete Drehscheibe, welche auf dem äußeren-Rand eine bestimmte Anzahl Bohrungen
aufweist, Fig. 17 die Ablenkung von Lichtstrahlen durch auf einer Drehscheibe in
Form einer archimedischen Spirale angeordnete Bohrungen, Fig. 18 die Ablenkung eines
Laserstrahls in weitem Abstand vom Durchschußfeld und Registrierung der Koordinaten
durch ein zusätzliches mit Zählmarkierungen versehenes, flaches Linsensegment, Fig.
19 die Ermittlung der Koordinaten durch zwei versetzt angeordnete, parallele Lichtbündel,
wobei der eine Strahl senkrecht nach unten und der andere in einem bestimmten Winkel
von der Seite einstrahlt und beide Lichtvorhänge die gleiche Sensorleiste bestrahlen,
Fig. 20 eine Anordnung, nach der ein angestrahltes Geschoß oder der Schatten eines
Geschosses auf zwei Zeilensensoren in der linken und rechten unteren Ecke des Schußfeldes
abgebildet werden,
Fig. 21 die Anwendung einer Konvexlinse, wenn
man große Sensorleisten mit relativ großen fotoelektronischen Einzelelementen verwenden
möchte, Fig. 22 ein Spiegelrad, Fig. 23 eine hohle, von innen beleuchtete Trommel,
auf deren Umfang Löcher und Linsen oder ähnliche optische Vorrichtungen angeordnet
sind, Fig. 24 eine Linse mit Zählmarkierungen, Fig. 25 einen Parabol- oder Hohlspiegel
mit Zählmarkierungen, Fig. 26 ein System, bei welchem auf der Gegenseite eine Linse
angeordnet ist, die gleichzeitig für die Steuerung des Koord'inatenzählers verwendet
werden kann, Fig. 27 wählbare Schußfeldgrößen im Strahlengang eines Hohl- oder Parabolspiegels,
Fig. 28 eine mit Markierungen versehene Zählerscheibe, die von einem Motor angetrieben
wird und einen fotoelektronischen Sensor zur Auswertung (z.B. Fotodiode), Fig. 29
einen durch Spiegel oder Prismen verlängerten Strahlengang, Fig. 29 A einen durch
2 parallel gegenüberstehende Spiegel verlängerten Strahlengang, Fig. 30 eine Drehscheibe,
bei der auf dem äußeren Rand kleine Linsen zur Strahlablenkung montiert sind, Fig.
31 einen Kippspiegel, der z.B. durch eine Zahnkranzscheibe (3103) aus magnetisch
leitendem Metall und durch einen an ihm befestigten Magneten (3102) bewegt wird,
Fig. 32 eine Möglichkeit, um festzustellen, ob ein Geschoß in den Durchschußbereioh
eingetreten ist, Fig. 33 eine Möglichkeit, einen Lichtvorhang mit einem einzigen
Strahl und zwei parallelen Spiegeln zu erzeugen.
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Diese Anordnung kann z.B. die gleiche Aufgabe, wie für Fig. 32 angegeben,
erfüllen.
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B E S s H R E I B U N G DER Z E I C H N U N G E N Fig. 1 zeigt als
Blockschaltbild eine bevorzugte Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher ein Fernsehgerät
zur Anzeige benutzt wird. Bild 101 stellt die verschiedenartigen Koordinatenermittlungsmethoden
dar. Mit den Schaltungen 111 und 112 werden die Koordinatensignale aufgefangen und
in die Speicher 103 und 104 eingeschrieben. Wenn die durch das Geschoß ausgelösten
Koordinatensignale lange genug zur Verfügung stehen (bedingt durch die Länge des
Geschosses), können die Koordinaten ohne eine besondere Auffangelektronik direkt
in die Speicherzellen eingelesen werden.
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Ein Taktgenerator 106 gibt die Taktimpulse an eine Steuerelektronik
105 , in der auch die Austast- und Synchron siersignale (AS-Signale) gebildet werden
(gemäß Fig. 2 und Fig. 4). Die Steuerelektronik sorgt weiterhin für die Speicherung
der Koordinaten und die Adressierung der Speicher.
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Die Ausgangssignale OUT X und OUT Y bilden beim Auslesen das Leuchtdichtebit
B (B=Bildsignal, Leuchtdichte). Das BAS-Signal wird einem Modulator (108) zugeführt
und mit der Zwischenfrequenz (ZF) der landesüblichen Norm moduliert.
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Dieses Signal führt zusammen mit der Sendefrequenz (109) auf eine
Mischstufe (110). Von dort wird das Signal im vorliegenden Fall über ein Koaxialkabel
auf das Fernsehgerät beim Standort des Schützen übertragen. Die tbertragung zum
Empfangsgerät kann selbstverständlich auch durch Funk-, Infrarot-, Licht-, Ultraschall-
oder Schallwellen im hörbaren Bereich erfolgen. Die Kombination 113, bestehend aus
Modulator, Mischer und Sendefrequenzoszillator, ist auch als Modulbaustein erhältlich.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung, um die Koordinaten in die RAMs einzuspeichern, mit
den dazugehörenden Zählern.
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Die im freien Durchschußfeld durch eine der verschiedenen Möglichkeiten
festgestellten Koordinaten des Geschosses gelangen zunächst zu den Eingangs-bzw.
Anpaßstufen 202.
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Von dort werden sie parallel in die beiden Schieberegister SR X und
SR Y (205) eingelesen. Der gesamte Einlesevorgang wird durch das Signal S gestartet.
Dieses Signal wird aus dem Schußsensor (203), der einen Taktimpuls für ein Monoflop
(204) liefert, gebildet. Der Schußsensor ist eine Schaltung, welche feststellt,
daß sich ein Geschoß im Durchschußfeld in Höhe der x/y - Sensoren befindet. Hierfür
gibt es verschiedene Möglichkeiten (z.B. Fig. 32 und 33).
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Wenn die Koordinatensignale lange genug zur Verfügung stehen, kann
auf diesen Schußsensor verzichtet werden, und die Signale können während der Durchflugzeit
des Geschosses eingelesen werden. Dies ist Jedoch von der Länge des Geschosses abhängig.
Die Signale werden nun, solange das Signal S ansteht, aus den Schieberegistern mit
der Taktfrequenz £ (106) seriell ausgelesen und in die beiden Halbleiterspeicher
eingelesen. Dazu werden in der gleichen Zeit mit dem gleichen Takt die beiden Modulo-n-Zähler
weitergeschaltet. Diese Zähler liefern die Adressen für die beiden RAMs. Damit das
vom vorangegangenen Schuß im Speicher enthaltene Signal nicht durch ein 0 - Signal
überschrieben wird, übernimmt das neue einzuschreibende Bit seinen Einlesevorgang
selbst. Es wird also nur dann eingelesen, wenn ein High-Signal (1-Signal) am IN-Eingang
ansteht.
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Der Modulo-nwZähler ist erforderlich, wenn die Zeilenzahl des Anzeigegerätes
höher ist als die Anzahl der Sensoren.
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Es entfallen dann auf die Breite eines Sensors mehrere Zeilein.
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Der Modulo-n-Zahler 1 (206) liefert am Ausgang gleichzeitig die Zeilenfrequenz
f (Impuls beim n-ten Takt, z.B. 15625 Hz nach der geltenden Fernsehnorm).
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Fig. 2 zeigt die Schaltung für die Speicherung eines einzigen Schusses.
Will man mehrere Treffer auf einem Fernsehgerät gleichzeitig anzeigen, muß man entweder
eine der Schaltungen nach den Fig. 2A bis 2D oder die Anordnung nach 703 benutzen.
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pur einen X/Y-Schreiber bzw. Drucker oder für eine Anzeigeeinheit
mit Speicherung der Bildpunkte (z B. Bildspeicher,
LED- oder LCD-Anæeigetafeln)
kann die Schaltung nach Fig. 2 ohne Erweiterung benutzt werden.
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Bei Fig. 2A werden durch den 25 Hz - Vollbildimpuls (50 Hz Rasterimpuls
x 1:2) die gespeicherten Koordinaten der Schüsse im 40 ms-Takt in den X- u. Y-RAM
von Fig. 2 eingelesen und nacheinander zur Anzeige gebracht. Somit können in einer
Sekunde 25 Schüsse gleichzeitig auf dem Fernsehbildschirm abgebildet werden. Begnügt
man sich mit der Halbbilddarstellung dann können sogar 50 Schüsse dargestellt werden,
was allgemein ausreichend sein dürfte.
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Fig.2 B zeigt die Verwendung von 2 Vergleichern anstelle der RAMs.
Hierbei werden die Geschoßkoordinaten mit der Stellung der X/v-Modulo-n-Zähler verglichen.
Stimmen die beiden Dualzahlen überein, wird ein Leuchtdichtesignal erzeugt.
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In der Schaltung (Fig. 2C) wurde die Schaltung (Fig. 2 B) durch einen
Sortierer erweitert. Dieser Sortierer sortiert die Geschoßkoordinaten derart, daß
sie fortlaufend in der richtigen Position durch den Elektronenstrahl der Bildröhre
dargestellt werden können. (Der Elektronenstrahl der Fernsehbildröhre bewegt sich
von links nach rechts und von oben nach unten über den Schirm.) Die Geschoßkoordinaten
werden deshalb nach ansteigenden Indizes geordnet (sortiert).
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Bei einem Leuchtdichtesignalsprung, z.B. von weiß nach schwarz, wird
das nächste Koordinatenpaar zu den Vergleichern durchgeschaltet, mit den Zählerständen
der Modulo-n-Zähler verglichen und bei ffbereinstimmung ein Leuchtdichtebit erzeugt.
Durch diese Schaltung können beliebig viele Schüsse (je nach Kapazität der Eoordinatenregister)
angezeigt werden.
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Für die Darstellung von mehreren Treffern können gemäß Fig.
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2 D auch Bildspeicher verwendet werden (Halbleiter-Bildspeicher, Magnetkern-,
Magnetplatten-, Magnetbandspeicher, Floppy Disks, Videorecorder, Videocassetten,
ggf. Endloscassetten u.ä.). Außerdem sind andere übliche Multiplexanzeigemethoden
aus der Mikroprozessortechnik anwendbar (s. Telespiele). Wenn man die Schüsse auf
einem LED-, LCD-oder
einem ähnlichen 2D-MatrixSeld (Flachbildschirm)
anzeigen möchte, reicht es aus, wenn man die gespeicherten X/Y-Koordinatenpaare
schnell nacheinander zur Anzeige bringt.
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Durch die Trägheit des Auges wird ein stehendes Bild mit allen Treffern
wahrgenommen.
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Eine weitere einfache Anzeigemethode besteht darin, daß man die Ablenkung
des Elektronenstrahls in einer Fernsehbild-oder ähnlichen Braunschen Röhre (Oscilloscope)
extern über Digital/Analog - Wandler durchführt. Dabei werden ebenfalls in schneller
Folge alle Treffer nacheinander zur Anzeige gebracht. Die als Dual- oder BCD-Zahlen
vorliegenden Trefferkoordinaten werden von den D/A - Wandlern in Ablenkspannungen
umgewandelt. Durch Anderung der Fokussierspannung kann auf einfache Weise ein runder
Fleck als Geschoßdurchtrittspunkt dargestellt werden. Während der Ablenkung wird
der Strahl dunkel getastet.
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Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung des Austast- und Synchronisiersignals
(AS-Signal), wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dieses Signal muß zur einwandfreien
Arbeitsweise der Fernsehempfänger nachgebildet werden. Gegebenenfalls können für
diesen Zweck geschaffene Modulbausteine und eine Anpaßelektronik die gleiche Funktion
erfüllen.
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Während der Bildaustastlücke nach Fig. 4 wird der Zeilenoszillator
weiter synchronisiert. Damit die durch das Zeilensprungverfahren bedingten unterschiedlichen
Enden der Halbbilder sich nicht störend auswirken, muß während der Bildaustastlücke
die doppelte Zeilenfrequenz eingefügt werden.
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Dies wird in der Schaltung nach Fig. 3 neben anderen Schaltgliedern
durch den Zeilenzähler und den Modulo-15-Zähler erreicht. Bei den Zeilen 308 und
621 wird das 31,25 KHz -Signal (Pulsdauer 2,5 ps) zur Addierstufe durchgeschaltet.
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Gleichzeitig wird der Modulo-15-Zähler getaktet. Beim Zählerstand
5 des Zählers wird die Pulsdauer des 31,25 KHz - Signals durch ein Monoflop auf0,4.Zeilendauer
verlängert (Gerbernorm). Beim 10. Impuls wird die Verlängerung wieder aufgehoben.
Mit der 316. bzw. 3. Zeile wird wieder auf normale
Zeilenfrequenz
15,625 KHz mit einer Impulsdauer von 5 ps umgeschaltet. Während der Bildaustastlücke
wird, gesteuert durch 2 f oder durch den Modulo-15-Zähler der Austastpegel zu den
Synchronisierimpulsen hinzugefügt.
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Bei Zeilenzahl 16 oder 330 werden alle Modulo-n-Zähler der Schaltung
nach Fig. 2 gestartet, bei den Zeilennummern 308 oder 621 werden sie auf 0 gesetzt.
Die Schaltung nach Fig. 3 kann auch ohne den Modulo-15-Zähler lediglich mit Monoflops,
Flip-Flops und logischen Funktionsgattern aufgebaut werden.
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Fig. 5 zeigt die erste Methode zur berührungslosen Ermittlung der
Geschoßkoordinaten in einem freien Durchflugfeld.
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Mit Hilfe einer punktförmigen Lichtquelle 501 und eines optischen
Systems (im einfachsten Falle eine einzige Linse oder ein Linsenausschnitt) wird
ein paralleles Lichtstrahlband (Lichtvorhang) erzeugt. Durch diese Lichtstrahlen
wird der Schatten des Geschosses mit hervorragender Genauigkeit auf die fotoelektronischenSensorleisten
(506) abgebildet.
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Beugungserscheinungen der Strahlen am Geschoß sind unwesentlich und
können durch einen entsprechend gewählten Abstand des Strahlerzeugungssystems unterhalb
der Anzeigegenauigkeit der gesamten Anordnung gehalten werden. Die parallelen Lichtstrahlen
können natürlich auch durch einen Parabolspiegel (508), eine Parabolspiegelleiste,
einen Hohlspiegel oder ein ähnlich wirkendes optisches System hergestellt werden.
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Als Speicherelemente wurden bei Fig. 5 D-Flip-Flops mit Selbsthalteschaltung
(Rückkopplung) verwendet. Diese Rückkopplung über ein ODER - Gatter ist erforderlich,
damit beim nächsten Schuß das evt. im D-FF enthaltene High-Signal nicht verloren
geht. Man wird diese Art der Koordinatenermittlung und die Speicherart nur bei kleinen
Schußfeldern verwenden (z.B. Luftgewehr). Hierbei wird also jeder Schuß in einer
besonderen Speicherzelle (D-FF, RS-FF, jK-FF o.ä.) gespeichert.
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Die Speicherelemente (z.B. D-FFs) können auch zusammen mit einem LED-
oder LCD-Anzeigefeld auf einem Basismaterial integriert sein, so daß aus dieser
Einheit dann nur noch die Anschlüsse XO Xn und Y0 Yn ,..,.Y oder nur noch Adresseingänge
herausgeführt
sind, welche durch eine in der Anzeigeeinheit integrierte Schaltung decodiert werden.
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Der Takt kann extern durch einen Schußsensor oder durch die Anordnung
507 gewonnen werden. Weiterhin können die Speicherelemente durch das Eingangssignal
über Verzögerungsglieder getaktet werden.
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In Fig. 6 ist dargestellt, wie man die durch die Schaltungen 602 bzw.
505 aufgefangenen Koordinatensignale durch Ringzähler und UND - Gatter abtasten
kann. Für die Bildung des Leuchtdichtebits können ODER - Gatter 603 oder Tri-State-UND
- Gatter 604 verwendet werden. Durch die Wahl der zuletzt genannten Gatter kann
der Aufwand niedriger gehalten werden.
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Der obere Teil der Fig. 7 zeigt, wie die X- und -Koordinaten parallel
in Schieberegister eingelesen und seriell ausgelesen werden. Hierbei kann die Taktfrequenz
für das Y-Register je nach Art der Schaltung gleich der X-Taktfrequenz sein, oder
das 1/n - fache betragen.
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Im unteren Teil der Fig. 7 sind einige Speicherbereichsverteilungen
und Speicheranordnungen dargestellt.
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Fig. 8 zeigt die Bildung der Koordinatenadresse durch einen 1 aus
n zu SCD;bzw. Dualzahl Encoder. Dies ist ein Baustein mit n Eingängen, welcher am
Ausgang die zu der entsprechenden Eingangsleitung gehörende Adresse abgibt.
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In Fig. 9 ist eine weitere Methode zur Ermittlung der Geschoßkoordinaten
in einem freien Durchschußfeld angegeben, welche erst durch die kürzlich entwickelten
schnellen Videokameras möglich wurde. Dabei wird das Geschoß durch 2 Kameras (902),
die Jeweils in der X- und Y-Ebene angeordnet sind, aufgenommen, und mit den Auswertgeräten
(901) werden die Koordinaten durch die Positionen der Elektronenstrahlen ermittelt.
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Das Geschoß kann hierbei auf 2 transparente Abbildungsebenen durch
parallele Lichtstrahlen proJiziert oder auch angestrahlt werden (z.3. durch eine
Blitzröhre oder einen Dauerlichtstrahler). Durch entsprechende Umlenkoptiken könnte
man auch mit einer einzigen Kamera auskommen, jedoch wird der Aufwand durch die
Optik und die zusätzliche Elektronik gleich hoch
sein.
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Fig. 10 zeigt eine Anordnung, bei der sich eine einzige schnelle Videokamera
(1004) im Zentrum des Schußfeldes befindet. Diese Kamera kann, ebenfalls wie die
in Fig. 9 beschriebenen, z.B. bei der Firma Dedo-Weigert-Film in München erworben
werden.
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Mit dieser Kamera wird das Geschoß im Moment des Zieldurchtritts (1001)
gefilmt oder fotografiert. Eine Auswertelektronik (1008) liefert die exakten Geschoßkoordinaten
durch die Elektronenstrahlabtastung in der Kamera. Das Geschoß kann hierbei vorzugsweise
angestrahlt oder schwarz auf hellem Hintergrund dargestellt werden.
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Zum Schutz vor Zerstörung der Kamera durch einen Geschoßtreffer gibt
es verschiedene Möglichkeiten. So kann vor dem Objektiv ein sich schnell drehendes
Flügelrad (1002) angeordnet sein (Ventilatorprinzip). Denkbar ist auch eine schräg
liegende Panzerglasscheibe (1007) oder eine andere Geschoßabfangkonstruktion aus
Glas oder Metall vor dem Objektiv.
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Außerdem kann die Geschoßabbildung über Umlenkspiegel oder ähnlich
wirkende optische Konstruktionen erfolgen. Man kann auch die Kamera im schiefen
Winkel oberhalb vor oder hinter dem Schußfeld positionieren.
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Abbildung 1005 zeigt einen RGS - Bildaufnehmer, der auch in schnellen
Videokameras Anwendung findet und z.B über die Firma Valvo bezogen werden kann.
Auf diesem IC befindet sich eine lichtempfindliche Fläche mit 200 x 200 Bildpunkten.
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Es gibt auch Bildaufnehmer mit einer höheren Anzahl von Bildpunktelementen.
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Fig. 11 zeigt die Abbildung des Geschosses auf einen sogenannten Zeilensensor
(1101). Dieser Zeilensensor besitzt, wie bereits erwähnt, auf einer Länge von 22,5
mm 1728 getrennte fotoempfindliche Elemente, so daß eine Anzeigegenauigkeit von
0,58 0/00erreicht werden kann. Die Sensoren befinden sich in einem DIL 24 - Keramikgehäuse
und sind mit einem Glas fenster verschlossen. Die Geschoßkoordinaten können durch
eine einfache Betriebs- und Zädlschaltung (1103) ermittelt
werden.
Errichtet man also ein quadratisches Schußfeld mit einer Seitenlänge von 1,728 Meter
(Fläche 3 m2), so werden noch Geschoßabweichungen von 1 mm erfaßt. Das Geschoß wird
hierbei wieder angestrahlt, auf eine Mattscheibenleiste projiziert oder von der
Gegenseite beleuchtet.
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Anstelle des Zeilensensors können natürlich auch fotoelektronische
Sensorleisten 1104 u. 1105 mit Fotodioden, -transistoren oder -elementen benutzt
werden.
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Von der Fa. Siemens sind Fototransistoren und -dioden mit einer Dicke
von weniger als 1 mm erhältlich (z.B. SFH 305).
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Abb. 1106 und 1107 1 0 7 s stellen eine Elektronenstrahlröhre dar,
welche auf der Stirnseite ins Glas eingeschmolsene, fotoelektronische Elemente 1108
(z.B. Fotodioden) besitzt. Mit dieser Vorrichtung und einem Auswertgerät 1109 können
ebenfalls die Geschoßkoordinaten ermittelt werden. Jeweils ein freier Anschluß einer
Fotodiode ragt ins Innere des Glaskolbens und wird vom Elektronenstrahl nach dem
Belichtungszustand der Fotodiode o.ä. abgetastet. 1107 ist die Ablenkeinheit.
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Mit Fig. 12 wird gezeigt, wie ein oder mehrere Lichtstrahlen durch
eine sich drehende Welle (Walze) (1203), auf welcher zeilenweise kleine reflektierende
Elemente (Spiegel, Parabol-oder Hohlspiegel) angeordnet sind, abgelenkt werden.
Die reflektierenden Zeilen verlaufen dabei schräg auf der Walze.
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Die Zeilen können auch auf einer Drehscheibe 1211 realisiert werden.
über ein I1Iarkierungsrad 1208, auf welchem sich ebenfalls getrennte, reflektierende
Elemente befinden, kann mit Hilfe eines Lichtstrahles 1209 und einer Fotodiode die
Stellung der Walze und somit die Position des Strahles im Schußfeld festgestellt
werden. Zusätzlich kann noch eine Spiegelleiste 1210 mit Markierungen vorgesehen
sein. Über eine Linse oder einen Linsenausschnitt 1202 wird der Strahl auf ein fotoelektronisches
Element 1201 gelenkt. Verwendet man auf der Walze (1203) durchgehende Spiegelleisten,
kann auf der Linse 1202 oder auf einer zusätzlichen Linse eine feine Rasterung angebracht
sein (Gitter" schwarze Streifen o.ä.). Dadurch
stellt der Zähler
1207 die Position des Strahles fest.
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Fig. 13 zeigt eine weitere Ermittlungsmethode, bei der zwei Laser-
oder scharf gebündelte NormallU tstrahlen durch zwei Vorrichtungen Ml und M2 elektromechanisch
oder elektronisch abgelenkt und über 2 Spiegelleisten 1301 geführt werden. Die Strahlen
werden an den Spiegelleisten in sich reflektiert und in den Punkten Ml und M2 auf
ein fotoelektronisches Element (Fotodiode, -transistor, -element) abgebildet. Durch
die Unterbrechung der Lichtstrahlen (Las erstrahlen), sowie durch die beiden Winkelocund/3und
durch den Abstand C sind die Geschoßkoordinaten durch die angegebenen Formeln exakt
bestimmbar. Die Winkeiwerte können an der Ablenkvorrichtung oder durch Markierungen
neben den Spiegelleisten (evt. zusätzliche Leisten und 2 zusätzliche Sensoren) abgelesen
werden. Die Winkelwerte werden in eine elektronische Rechenschaltung eingegeben
und durch diese die Koordinaten ermittelt. Für diese Berechnung kann auch ein einfacher
modifizierter Taschenrechner senfendet werden, welcher in der Lage ist, trigonometrische
Berechnungen durchzuführen. Die Nachbildung des Tastendrückens erfolgt durch elektronische
Schalter (z.B. Transistoren). Die Winkelwerte müßten dann ggf. vom Dualcode in Desimalzahlen
umgewandelt werden. Der Wert C aus Fig. 13 wird fest eingespeichert.
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Fig. 14 zeigt, wie zwei Laser- oder scharf gebündelte Normallichtstrahlen
oder Lichtstreifen durch 2 Drehspiegel (1401 u. 1402) oä. Vorrichtungen über 4 Hohlspiegelleisten
(oder Parabolleisten) über das Schußfeld gelenkt und auf Jeweils einen einzelnen
Sensor (1403 uX 1404) abgebildet werden Dadurch ist ebenfalls eine genaue Ermittlung
der Koordinaten möglich. Die Ablenkung kann auch über Linsen und ähnliche optische
Systeme erfolgen. Man kommt auch durch entsprechende Umlenkspiegel (evt halbdurchlässig)
o.ä. Optiken mit nur einer Strahlkanone aus.
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Fig. 15 zeigt, wie der Lichtstrahl (Laserstrahl) über 2 Linsen durch
das Schußfeld geführt wird. 1408 kann wiederum ein einzelner Sensor oder ein Zeilensensor
sein. In Fig. 16 ist gezeigt, wie die Strahlen durch Löcher in einer horizontal
angeordneten
Drehscheibe über das Schußfeld gelenkt werden. Man kann für die Ablenkung auch mehrere
Strahlen vorsehen. Diese muß man dann leicht versetzt anordnen oder mehrere Sensorabschnitte
1604 bilden. Parallel zu der Linse 1601 kann eine zweite Linse mit Zählmarkierungen
angeordnet sein.
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Bei Fig. 17 sind auf einer Drehscheibe (1701) Löcherreihen in der
Form von archimedischen Spiralen angeordnet. Dadurch wird eine gleichförmige Ablenkung
mit gleichbleibender Geschwindigkeit über das Schußfeld erreicht.
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Man kann die Zahl der durch das Schußfeld laufenden Strahlen erhöhen,
indem man mehrere Spiralabschnitte vorsieht. Durch leichte Versetzung der Strahlen
untereinander und mehrere Linsen 1703 und 1702 und mehrere Sensoren (Anzahl = Anzahl
der Strahlen) ist eine Koordinatenbestimmung möglich.
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Fig. 18 zeigt eine besondere Anordnung zur Koordinatenermittlung mit
einer Laserkanone, die weit entfernt vom Schußfeld aufgestellt sein kann. Der Laserstrahl
wird durch eine sich relativ langsam bewegende Ablenkvorrichtung (1803) (z.B. Drehspiegel)
über einen den Strahlengang korrigierenden Linsenausschnitt (1807) geführt. Danach
trifft der Strahl auf einen halbdurchlässigen Spiegel 1809 unddurch das Schußfeld
1805 auf eine weitere Linse 1806, welche den Laserstrahl auf einen einzelnen fotoelektronischen
Sensor 1803 (z.B. Fotodiode) lenkt. Der am halbdurchlässigen Spiegel reflektierteLaserstrahl
wird über einen weiteren Linsenabschnitt 1808 geführt und auf eine weitere Fotodiode
1804 abgelenkt. Der Linsenabschnitt 1808 trägt Markierungen, mit denen der Laserstrahl
periodisch unterbrochen wird. Die Fotodiode 1804 ist an einen nicht dargestellten
Zähler angeschlossen. Durch den Zähler wird die genaue Lage des Laserstrahles und
somit die Koordinate des Geschosses bestimmt, Anstelle der Ablenkung kann auch eine
Fächerung des Laserstrahls mit einer Speziallinse durchgeführt werden. Die gefächerten
Strahlen werden dann auf einen Zeilensensor abgebildet. Durch entsprechende Umlenkoptiken
(z.B. Spiegel u.
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Prismen) kann man auch hierbei mit einer einzigen Laserkanone auskommen.
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Fig. 19 zeigt eine Ermittlungsmethode mit ruhenden Lichtstrahlen.
Ein paralleles Lichtstrahlbündel (1904) strahlt im Schußfeld vertikal nach unten
auf eine Sensorleiste bzw.
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Mattscheibe 1901. Ein weiterer gleicher Strahler erzeugt ein paralleles
Lichtstrahlband (Lichtvorhang), welches in einem festgelegten Winkel schräg zum
vertikalen Lichtband angeordnet ist. Durch den festgelegten Winkel 0' (=Konstante)
und den Abstand e f ist über die Tangens funktion in einfacher Weise die Geschoßposition
bestimmbar.
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Y = tan «be f = Konstante .e f Diese Rechnung läßt sich in einer einfachen
ALU (Arithmetic Logic Unit) durchführen. Der X - Wert läßt sich sofort an der horizontalen
Leiste ablesen.
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Die Mattscheibenleiste 1901 kann auch über eine Optik auf den Zeilensensor
1902 abgebildet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, ohne die Mattscheibenleiste
auszukommen und das Geschoß anzustrahlen. Das angestrahlte Geschoß wird dann direkt
ohne Zwischenbild auf dem Zeilensensor abgebildet.
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Eine derartige Anordnung ist in Fig. 20 gezeigt. Das Schußfeld kann
dabei an der Innenseite mit schwarzem Samt o.ä.
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ausgekleidet sein. Die Abbildung des Geschosses kann auch mit Konvexlinsen
2006 erfolgen. Mit Hilfe der Zeilensensoren 2001 und 2002 lassen sich die beiden
Winkel 6 und ß bestimmen und dann mit Hilfe der Breite des Schußfeldes die Koordinaten
des Geschosses ermitteln. Besonders anzumerken ist, daß es sich hierbei um ein ruhendes
System handelt. Die Kombinationen 2001 bis 2004 können natürlich, wie in Fig. 11
dargestellt, auch in der X- und Y-Ebene, also rechtwinklig zueinander, angeordnet
sein.
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Die Fig. 21 zeigt, wie eine Ebene des Schußfeldes und das Geschoß
auf eine große Sensorleiste mit großen fotoelektronischen Elementen übertragen werden
können.In Fig. 22 ist ein Spiegelrad zur Ablenkung dargestellt. Am Umfang des
Rades
sind kleine Spiegel (ebene Spiegel oder Hohlspiegel, Prismen òOä.) angebracht, welche
die Licht- bzw. Laserlichtstrahlen ablenken.
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Fig. 28 zeigt einen von innen mit einer starken Lampe beleuchteten
drehbaren Zylinder. Die Strahlen werden durch die Löcher im Mantel des Zylinders
abgelenkt. Zur Bündelung können bzw. müssen noch Linsen o.ä. opt. Systeme vorgesehen
sein.
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Anstelle der Löcher können Schlitze im Zylinder angeordnet sein, um
Lichtbänder zu erzeugen. Durch die Lichtbänder wird die Dicke der materielosen Treffbildscheibe
erhöht. In Bild 24 ist noch einmal eine Linse mit Zählmarkierungen, eine Ablenkvorrichtung
und eine Zählerfotodiode dargestellt.
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Der Zählvorgang kann auch über eine gebogene Spiegelleiste oder einen
Parabol- bzw. Hohlspiegel erfolgen, wie es in Fig. 25 gezeigt ist. 2501 ist die
Zählerdiode, 2502 das Strahlerzeugungs- und Ablenksystem. Fig. 26 zeigt, wie ein
Strahl durch das Schußfeld geführt wird und auf der Gegenseite die Zählung zur Lagebestimmung
erfolgt.
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Wenn das Strahlerzeugungssystem im Brennpunkt eines Hohl-oder Parabolspiegels
oder einer Linse störend wirkt, kann das Schußfeld auch lediglich durch eine Hälfte
des Reflektors oder der Linse angestrahlt werden, wie es in Fig. 27 dargestellt
ist.
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In Fig. 28 ist dargestellt, wie ein von einer markierten Scheibe reflektierter
Strahl auf einen fotoelektronischen Sensor führt und somit den Zähler steuert.
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Bei Fig. 30 sind kleine Linsen auf dem äußeren Rand einer Drehscheibe
vorgesehen. Durch in dieser Art bewegte Linsen ist ebenfalls eine sehr gute Strahlablenkung
möglich, wie es Abb. 3001 zeigt. Anstelle der Linsen können auch kleine Spiegel,
Linsen oder Linsensysteme verwendet werden.
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Fig. 31 zeigt einen beweglichen Kippspiegel 3101, der durch eine Nockenscheibe
3103 aus Eisen o.ä. magnetisch leitenden Material und einen Magneten 3102 zum Schwingen
gebracht wird. Für die Ablenkung eines Laserstrahles im weit entfernten Schußfeld
ist nur eine sehr geringe Auslenkung des
Spiegels erforderlich.
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Die Verlängerung des Strahlenganges durch Spiegel ist in den Figuren
29 und 29 A gezeigt. In Fig. 29 A stehen sich zwei Spiegel parallel- gegenüber.
Durch den schrägen Einfall des Strahles wird dieser mehrfach reflektiert und somit
erheblich auf kleinem Raum verlängert.
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Fig. 31 stellt einen Schußsensor dar. Das Geschoß 3205 wird durch
die Strahler 3202 angestrahlt. Die reflektierten Strahlen fallen auf den fotoelektronischen
Sensor 3201.
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Die Strahlen werden durch eine Torsatzlinse oder durch die im Sensor
integrierte Linse gebündelt. Fig. 33 zeigt in ähnlicher Weise wie Fig. 29 A die
Herstellung eines feinen Rasters durch einen Strahl und zwei parallel aufgestellte
Spiegel. Der Strahl fällt nach der Ablenkung z.B. auf eine Fotodiode 3301. Bei Geschoßdurchtritt
wird er kurzzeitig unterbrochen. Dieses Signal wird von dem Sensor weitergeleitet,
und somit wird erkannt, daß sich ein Geschoß im Durchtrittsbereich befindet.
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Als Schußsensor kann auch ein aufgefächerter Laserstrahl benutzt werden.