DE3511077C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optisch-mechanischen Abtaster zur Erzeugung von im Abstand aufeinanderfolgenden, von einem Lichtfleck beschriebenen Abtastzeilen insbesondere zur Ortung und/oder Lenkung eines Flugkörpers o. dgl.

Es sind vielfache Verfahren und Systeme zur Erzeugung von codierten Lichtstrahlen bekannt, die an Bord eines Fahrzeuges oder Fluggerätes eine Bestimmung des Ablagewinkels ihres Kurses gegenüber einer Bezugs­ richtung ermöglichen.

So ist ein System zur optischen Leitstrahl­ lenkung von Fahrzeugen bekannt, dessen Leitstrahl einen gegebenen festen, den Überwachungsraum einschließenden Winkel in periodisch wechselnder Rich­ tung überstreicht, wobei der Leitstrahlsender zwei optische Kanäle auf­ weist, deren Leitstrahlen zwei zueinander senkrechte Ebenen überstrei­ chen.

Ferner ist ein Projektor für elektromagnetische Steuer­ signale bekannt, der zwei rechteckige Strahlbilder erzeugt, die recht­ winklig zueinander ausgerichtet sind und abwechselnd projiziert werden, wobei die Auslenkung der Strahlen mittels eines Spiegels vollzogen wird, der um eine Achse schwingt, die quer zu dem von der Strahlungsquelle emittierten Strahl verläuft, und wobei die Strahlen mittels eines opti­ schen Zerhackers alternierend in zwei verschiedene Strahlengänge zur Er­ zeugung der aufeinander senkrecht stehenden Strahlen geführt werden.

Beide Systeme weisen den Nachteil auf, daß sie zur Erzeugung und zum Empfang der modulierten Lichtsignale aufwendige Einrichtungen benötigen. Auch sind bei beiden Systemen Einrichtungen zur Erzeugung von Synchron­ signalen erforderlich, um den notwendigen Zeitbezug für die Ortszuwei­ sung zu bekommen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff anzugeben, die mittels eines un­ modulierten Lichtstrahles die Erzeugung eines Lichtstrahlmusters ermög­ lichen, aus dem ohne die gleichzeitige Übertragung eines Synchronisa­ tionssignals eine Ortszuweisung in einem Koordinatensystem am Ort eines Flugkörpers vollziehbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein gebündelter, nicht modulierter Lichtstrahl zeilenweise geradlinig oder gekrümmt der­ art abgelenkt wird, daß im gesamten Abtastbereich die Zeilenanfänge und die Fortführung der Zeilen in Abhängigkeit von der Zeit so gewählt sind, daß ein Empfänger in Abhängigkeit von seiner Lage im Abtastbereich im Zuge mindestens zweier aufeinanderfolgend beschriebener Zeilen die ent­ sprechenden Impulse in einem zeitlichen Abstand empfängt, der einen Rückschluß auf die Position der diese Impulse hervorrufenden Zeilen zu­ läßt, und daß nach der Erzeugung eines ersten derartigen Zeilenmusters ein weiteres gleichartiges Zeilenmuster erzeugt wird, welches das erste Zeilenmuster schneidet.

Der erfindungsgemäße optisch-mechanische Ablenker sieht vor, daß ein von einem Sender erzeugter gebündelter, unmodulierter Lichtstrahl von einer mit einer Frequenz f _R arbeitenden ersten Ablenkeinrichtung zeilenweise mit stetig wachsender oder fallender Zeilenlänge abgelenkt wird und daß die so erzeugten Zeilen mit Hilfe einer zweiten Ablenkeinrichtung mit stetig wachsendem oder fallendem Zeilenabstand aufgefächert werden, und daß anschließend mittels einer Bilddrehreinrichtung aufeinanderfolgende Zeilenmuster so projiziert werden, daß sich ihre Zeilen schneiden.

Vorteilhafterweise ist dabei die erste Ablenkeinrichtung als ein mit der Drehfrequenz f _R rotierender Polygonprismenspiegel ausgeführt, dessen Facetten eine linear ansteigende Kantenlänge aufweisen. Die zweite Ab­ lenkeinrichtung besteht aus einem mit der Frequenz f _S um eine zur Drehachse des Polygonprismenspiegels etwa senkrechte Achse schwingenden Spiegel. Weiterhin ist ein bilddrehendes Prisma vorgesehen. Das erzeugte Zeilenmuster wird dabei mittels steuerbarer Blenden alternierend über einen das Zeilenmuster drehenden und über einen das Zeilenmuster nicht drehenden Strahlengang geführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Leitstrahles;

Fig. 2 ein erzeugtes Zeilenmuster aus einer Ablenkrichtung;

Fig. 3 ein Zeilenraster.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optisch- mechanischen Ablenkers dargestellt. Ein Licht-Sender 2 bekannter Art, wie zum Beispiel ein Lasergerät, erzeugt einen unmodulierten, scharf ge­ bündelten Lichtstrahl 1′ der auf eine erste Ablenkeinrichtung 3 trifft. Diese wird im Beispiel von einem Polygonprismenspiegel gebildet, der mit der Drehfrequenz f _R um seine senkrecht zur Zeichnungsebene stehende Drehachse rotiert. Über seinen Umfang sind eine Gruppe von Spiegel-Fa­ cetten 6 a, 6 b, 6 c . . . dergestalt angeordnet, daß die Facetten pro Um­ drehung des Spiegels eine stetig wachsende Kantenlänge k aufweisen. Da­ durch beschreibt der reflektierte Lichtstrahl 1 in der horizontalen Richtung Zeilen von unterschiedlicher, stetig wachsender Länge l.

Als zweite Ablenkeinrichtung 4 ist im Ausführungsbeispiel ein um eine in der Zeichenebene befindliche Achse mit der Frequenz f _S schwingender Spiegel vorgesehen. Dieser fächert die vorher erzeugten Zeilen in verti­ kaler Richtung auf. Im Beispiel wird die Frequenz f _S so gewählt, daß der Zeilenabstand d mit wachsender Zeilenlänge l ebenfalls zunimmt, so daß ein Zeilenmuster 20 wie in Fig. 2 dargestellt entsteht.

Um nun am Ort des Empfängers eine eindeutige Ortszuweisung in einem wählbaren Koordinatensystem durchführen zu können, ist es notwendig, das erzeugte Zeilenmuster 20 abwechselnd in zwei Richtungen der Koordinaten­ ebene zu projizieren, da die unmodulierten Lichtzeilen zunächst kein ausreichendes Kriterium zur Ortszuweisung enthalten. Deshalb wird der Lichtstrahl mit dem Zeilenmuster 20 mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 7, der als Strahlteiler eingesetzt ist, in zwei Teilstrahlen 8, 10 der Bilddreheinrichtung 5 aufgeteilt. Der eine Teilstrahl 8 wird über ein Bilddrehprisma 9 geführt, so daß ein um 90° gedrehtes Zeilenmuster 21 im Lichtstrahl 14 erzeugt wird. Der andere Teilstrahl 10 wird unge­ dreht über weitere Spiegel 11, 12, 13 auf den Ausgangslichtstrahl 14 des Bilddrehprismas 9 zurückgeführt. In die beiden Teilstrahlen 14, 10 ist an geeigneter Stelle eine Blende 15 eingefügt, die die beiden Teilstrah­ len abwechselnd freigibt. Somit wird ein Zeilenraster mit abwechselnd horizontalem oder vertikalem Zeilenmuster 20, 21 projiziert.

Im in Fig. 3 dargestellten Überlappungsbereich der beiden Zeilenmuster 20, 21 kann nun der Empfänger eines Flugkörpers seine Position in Hö­ hen- und Seitenabweichung bezogen auf den Schnittpunkt der beiden "Null­ zeilen" bestimmen. Der Flugkörperempfänger empfängt während einer vollen Abtastperiode zwei Impulszüge, bestehend aus mindestens je zwei Einzel­ impulsen. Ein eingebauter, synchronisierter Zeittaktgeber ermöglicht es dem Empfänger, die gemessenen Impulsabstände den jeweiligen Abtastrich­ tungen zuzuordnen. Zwischen den Einzelimpulsabständen innerhalb eines Abtastzeilenmusters und den zugehörigen Koordinatenwerten muß dabei eine eindeutige gesetzmäßige Beziehung bestehen.

Es ist auch eine andere Ausführungsform des Empfängers denkbar, der ei­ nen Detektor mit mehreren Sektoren aufweist. Deren Signale können dann bezüglich Amplituden- und Zeitverlauf ausgewertet werden.

Es besteht im Rahmen der Erfindung durchaus die Möglichkeit, nicht nur geradlinige Zeilenmuster, wie in Fig. 3 dargestellt, zu verwenden, son­ dern auch gekrümmte Zeilenmuster. Diese müssen nur die Forderung nach einer eindeutigen Ortszuweisung im erzeugten Koordinatensystem erfüllen.

Herkömmliche Leitstrahlverfahren, bei denen das Projektionsfeld mittels eines gebündelten Laserstrahles abgetastet wird, erfordern üblicherweise eine genaue Synchronisation zwischen dem Sender und dem Empfänger, da die Phasenlage des Signals die Ortsinformation enthält. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin begründet, daß hier die Ortsinformation nicht in der Abtastphase liegt, sondern allein aus der Form des Abtastsignales die Position des Empfängers im Zeilenraster bestimmbar ist. Damit ist auch kein Synchronisationssignal zur Markie­ rung des Zeitnullpunktes erforderlich.

Claims (4)

1. Optisch-mechanischer Abtaster zur Erzeugung von im Abstand auf­ einanderfolgenden, von einem Lichtfleck beschriebenen Abtastzeilen ins­ besondere zur Ortung und/oder Lenkung eines Flugkörpers o. dgl., da­ durch gekennzeichnet, daß ein gebündelter, nicht modu­ lierter Lichtstrahl (1) zeilenweise geradlinig oder gekrümmt derart abgelenkt wird, daß im gesamten Abtastbereich die Zeilenanfänge und die Fortführung der Zeilen in Abhängigkeit von der Zeit so gewählt sind, daß ein Empfänger in Abhängigkeit von seiner Lage im Abtastbereich im Zuge mindestens zweier aufeinanderfolgend beschriebener Zeilen die entspre­ chenden Impulse in einem zeitlichen Abstand empfängt, der einen Rück­ schluß auf die Position der diese Impulse hervorrufenden Zeilen zuläßt, und daß nach der Erzeugung eines ersten derartigen Zeilenmusters (20) ein weiteres gleichartiges Zeilenmuster (21) erzeugt wird, welches das erste Zeilenmuster schneidet.

2. Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zeilenablenkung mittels eines rotierenden Spiegelpoly­ gons (3) erfolgt, dessen Facetten (6 a, 6 b, 6 c) in Umfangsrichtung eine stetig ansteigende Kantenlänge (k) aufweisen, so daß sich eine stetig wachsende oder fallende Zeilenlänge (l) ergibt.

3. Abtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zeilenversatz (d) und damit der Abstand be­ nachbarter Zeilen in an sich üblicher Weise mittels eines Schwenkspie­ gels (4) erfolgt.

4. Abtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erzeugung des weiteren gleichartigen Zeilenmusters (21) eine Bilddreheinrichtung (5) dient, die ggf. einen ersten Strahlteiler (7) aufweist, dessen erster Ausgangsstrahl (8) über ein bilddrehendes Prisma (9) geführt wird und dessen zweiter Ausgangs­ strahl (10) ungedreht mittels weiterer Ablenkeinrichtungen (11, 12, 13), wie z. B. Spiegel, auf den Ausgangsstrahl (14) des Prismas (9) zurück­ geführt wird, nachdem beide Lichtstrahlen (10, 14) eine Blende (15) durchlaufen haben, die alternierend den einen oder den anderen Strahlen­ gang freigibt.