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Die Erfindung betrifft ein optisches Erfassungssystem mit einem Außengehäuse umfassend einen Detektor und eine Optik zum Abbilden einer Objektsszene auf den Detektor, die eine bewegliche Optikeinheit zum Verschwenken des Gesichtsfelds relativ zu einer gehäusefesten Richtung aufweist.
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Bildgebende optische Suchersysteme oder Überwachungssysteme enthalten eine abbildende Optik, einen Detektor und eine Bildverarbeitungselektronik zum Auswerten von aufgenommenen Bildern. Ist das Gesichtsfeld der abbildenden Optik beziehungsweise des Detektors für eine Anwendung zu gering, ist es bekannt, kardanische Systeme zu verwenden, um durch ein Verschwenken des Gesichtsfelds beziehungsweise einer beweglichen Optikeinheit der Optik und damit des Strahlengangs eine Veränderung der Richtung des Gesichtsfelds zu erreichen.
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Aus der
US 5 544 843 A ist eine Steuerungseinrichtung zur Führung eines ballistischen Geschosses in ein Ziel bekannt. Die Steuerungseinrichtung umfasst zum einen einen optischen Tracker mit einem beweglichen Spiegel zum Verschwenken eines Gesichtsfelds, mit dem eine an dem Ziel oder an dem ballistischen Geschoss reflektierte Laserstrahlung detektiert werden kann. Zum anderen umfasst die Steuerungseinrichtung einen inertial-stabilisierten Tracker, über den die Raumlage der Steuerungseinrichtung stabil gehalten werden kann. Dabei werden auf einem Sensor abgebildete Leuchtflecke, die vom Sternenhimmel herrühren, erfasst und in Beziehung zu einem über einen Laser erzeugten, infolge der nicht optimalen Stabilisierung wandernden Leuchtflecks ausgewertet. Dadurch kann die Ausrichtung eines vom optischen Tracker umfassten beweglichen Glieds so geändert werden, dass sich etwaige Raumlage-Änderungen der Steuerungseinrichtung nicht auf eine Steuerung des ballistischen Geschosses auswirken.
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Die
DE 20 2007 010 552 U1 beschäftigt sich mit einem Visier mit mehreren Sensoren, bei dem ein von einer Szene ausgehender Strahlengang über Strahlteiler bzw. einen Spiegel auf die Sensoren gelenkt wird. Über einem den Strahlteilern und Spiegel vorgeordneten Combiner wird auf allen Sensoren eine fixe, stets auf der gleichen Stelle einer Abbildung auf den Sensoren liegende Richtmarke eingeblendet.
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Aus der
DE 26 56 673 C3 ist ein Fahrzeugperiskop mit einem Zielkopf bekannt, der einen um eine Azimut- und Elevationsachse ausrichtbaren Elevationsspiegel umfasst. Über den Elevationsspiegel, einen dichroitischen Spiegel und Prismen wird Strahlung über Beobachtungsokulare einem Beobachter zugeführt. Um eine Entfernungsmessung durchführen zu können, ist eine Entfernungsmesseinheit vorgesehen, die eine Einrichtung zur Projektion eines Fadenkreuzes in die Beobachtungsokulare aufweist.
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Soll die Richtung eines in der Abbildung erkannten Gegenstands bestimmt werden, so kann dessen Richtungsinformation nicht mehr alleine durch die Lage des Gegenstandes im Bild ermittelt werden. Zusätzlich müssen die Positionen beziehungsweise die Winkel der beweglichen Elemente der Optik in Bezug auf eine vorbekannte Richtung, beispielsweise eine strukturfeste Richtung, wie eine Gehäuserichtung, ermittelt werden. Für diese Aufgabe kommen Positions- oder Winkelmesssysteme zum Einsatz. Hierbei können je nach Anwendung optische Abtastungen von Messscheiben, hermetische Messsysteme, Potentiometer, induktive Messsysteme oder kapazitive Messsysteme verwendet werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Erfassungssystem anzugeben, mit dem die Ausrichtung eines beweglichen Gesichtsfelds in die Umgebung auf einfache Weise erfasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein optisches Erfassungssystem gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst, das eine Markierungseinrichtung zum Markieren der Abbildung der Objektszene mit zumindest einer Markierung aufweist, deren Ausrichtung im abgebildeten Gesichtsfeld relativ zu einer vorbestimmten Richtung, z. B. einer gehäusefesten Richtung, bekannt ist. Mithilfe der Markierung kann die Ausrichtung des Gesichtsfelds relativ zur Markierung bestimmt werden, deren Ausrichtung relativ zur z. B. gehäusefesten Richtung bekannt ist. Die Ermittlung der Ausrichtung des Gesichtsfelds kann hierdurch mit bildverarbeitenden Methoden erfolgen, sodass auf Positions- oder Winkelmesssysteme zum Messen der Position des beweglichen Teils der Optik verzichtet werden kann. Es können Kosten und Bauraum gespart werden, sodass das optische Erfassungssystem kostengünstig und kleinbauend hergestellt werden kann.
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Das optische Erfassungssystem kann jedes System sein, mit dem ein Gegenstand in einer Objektszene erfasst werden kann, beispielsweise abgebildet wird. Zweckmäßigerweise ist es ein solches System, das den abgebildeten Gegenstand als solchen erfasst, beispielsweise mithilfe bildverarbeitender Methoden nach vorgegebenen Klassifizierungskriterien. Weiter ist es vorteilhaft, wenn das optische Erfassungssystem die Richtung zum erfassten Gegenstand relativ zur vorbestimmten Richtung, zum Beispiel einer gehäusefesten Richtung ermittelt und insbesondere ausgibt.
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Die Ausrichtung des Gesichtsfelds kann die Richtung der optischen Achse der beweglichen Optikeinheit sein. Die Ausrichtung der Markierung bezieht sich auf deren Lage in der die Objektszene abbildenden Abbildung, da die Lage der Markierung deren Ausrichtung in der Objektszene bestimmt. Die Ausrichtung ist also in die Richtung, die vom optischen Erfassungssystem zu einem Objekt weist, das in der Markierung abgebildet werden würde. Die vorbestimmte Richtung kann jede Richtung sein, die im entsprechenden Anwendungsfall als Bezugsrichtung geeignet ist. Sie kann eine strukturfeste oder gehäusefeste Richtung sein, z. B. eine Ausrichtung eines Gehäuse-Doms in die Umgebung. Das Gehäuse kann jedes strukturfeste Gehäuse sein und ist entsprechend der Erfindung ein Außengehäuse des optischen Erfassungssystems. Weiter vorteilhaft ist das Gehäuse ein Außengehäuse eines Flugkörpers, in dem das optische Erfassungssystem angeordnet ist, insbesondere ein unbemannter Lenkflugkörper.
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Die bewegliche Optikeinheit kann die gesamte abbildende Optik sein, oder nur ein Teil davon. Wird die abbildende Optik insgesamt verschwenkt, so wird zweckmäßigerweise auch der Detektor zusammen mit der Optik verschwenkt. Ist der Detektor strukturfest, so umfasst die Optik zweckmäßigerweise ein Detektorobjektiv und die bewegliche Optikeinheit, die zweckmäßigerweise zusätzlich zum Detektorobjektiv vorhanden ist. Das Gesichtsfeld der Optik und/oder des Detektors ist das Sehfeld der Optik beziehungsweise des Detektors. Vorteilhafterweise enthält das optische Erfassungssystem einen Antrieb zum Verschwenken des beweglichen Teils. Außerdem ist erfindungsgemäß eine Prozesseinheit vorhanden, die mit einer Bildverarbeitungs-Software ausgestattet ist. Die Prozesseinheit ist dazu vorbereitet das Verschwenken der beweglichen Optikeinheit und insbesondere auch eine Ausrichtung eines gesamten Lenkflugkörpers, z. B. auf einen erfassten Gegenstand zu steuern.
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Die Markierungseinrichtung dient zur Erstellung der Markierung, die eine jede Markierung sein kann, deren Position in der Abbildung bestimmbar ist. Hierzu weist die Markierung zweckmäßigerweise eine vorbestimmte Bildeigenschaft auf, aufgrund derer sie vorteilhafterweise von der Bildverarbeitung der Prozesseinheit als solche erkannt wird. Die Lage der Markierung in der Abbildung und damit im abgebildeten Gesichtsfeld kann bestimmt werden. Aus der Lage der Markierung in der Abbildung und ihrer bekannten Ausrichtung relativ zur vorbestimmten Richtung kann die Ausrichtung des Gesichtsfelds und/oder – was gleichwertig ist – die Ausrichtung eines in der Abbildung erfassten Objekts, bestimmt werden.
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Die Markierung ist beispielsweise eine Abschattung oder eine Leuchtmarkierung in der Abbildung. Die Abschattung kann durch ein entsprechendes Abschattungselement erzeugt werden, das insbesondere bei einem mit dem beweglichen Teil der Optik mitbewegten Detektor unmittelbar vor dem Detektor angeordnet sein kann, zweckmäßigerweise in strukturfester Form.
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Entsprechend der Erfindung umfasst das optische Erfassungssystem zumindest ein Beleuchtungselement, das Teil der Markierungseinrichtung oder die Markierungseinrichtung selbst sein kann. Das Beleuchtungselement ist dazu vorbereitet, Strahlung mit einer vorbestimmten Bildeigenschaft aus zumindest einer vorbestimmten Richtung in die Optik einzustrahlen. Besonders einfach erfolgt die Einstrahlung in den beweglichen Teil der Optik. Die vorbestimmte Richtung ist zweckmäßigerweise die vorbestimmte Richtung der Markierung, bzw. deren antiparallele Richtung.
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Das Beleuchtungselement sollte relativ zum beweglichen Teil der Optik beweglich angeordnet sein, um die Bestimmung einer Bezugsrichtung bei einem Bewegen des beweglichen Teils der Optik festzulegen. Zweckmäßigerweise ist das Beleuchtungselement strukturfest beziehungsweise gehäusefest angeordnet.
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Bei einer möglichen Verschwenkung des Gesichtsfelds in einem sehr großen Verschwenkbereich kann es sein, dass die Markierung, insbesondere wenn sie strukturfest ist, aus dem Gesichtsfeld auswandert. Um dennoch eine Ausrichtung des Gesichtsfelds bestimmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Markierungseinrichtung mehrere Beleuchtungselemente zum Einstrahlen von Strahlen umfasst, die aus mehreren vorbestimmten Richtungen in die Optik einstrahlen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass zumindest eine Markierung im Gesichtsfeld verbleibt beziehungsweise in der Abbildung abgebildet wird. Das Gleiche gilt für mehrere nicht als Beleuchtung ausgeführte Markierungen, beispielsweise für mehrere als Abschattung ausgeführte Markierungen, deren Ausrichtung zur vorbestimmten Richtung jeweils bekannt ist.
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Zweckmäßigerweise sind die mehreren Markierungen mit unterschiedlichen vorbestimmten Bildeigenschaften ausgestattet. Auf diese Weise können sie durch die Bildverarbeitung als solche einzeln erfasst und voneinander unterschieden werden. Bei der Verwendung von aktiven Markierungen, also bei beispielsweise mehreren Beleuchtungselementen, können die mehreren unterschiedlichen Bildeigenschaften unterschiedliche Farben bzw. Wellenlängen oder auch Strahlungsintensitäten sein. Zur Unterscheidbarkeit der von den Beleuchtungselementen ausgehenden Strahlung bzw. der mehreren Markierungen kann auch eine Modulation von Parametern der Strahlung vorgenommen werden, z. B. kann eine durch unterschiedliche Unterbrechungen geprägte gepulste Strahlung verwendet werden. Eine Codierung der Strahlung mit Frequenz- oder Amplitudenmodulation stellt eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Unterscheidbarkeit von mehreren Markierungen dar. Bei passiven Markierungen können verschiedene Formen verwendet werden.
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Bei Verwendung eines Beleuchtungselements zum Erzeugen der Markierung in der Abbildung, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlung einen parallelen Strahlengang aufweist, insbesondere ausschließlich parallel ist. Auf diese Weise kann die Markierung durch die Optik scharf auf dem Detektor abgebildet werden, sodass eine einfache Ausrichtungserfassung ermöglicht ist.
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Entsprechend der Erfindung ist das Beleuchtungselement innerhalb des Gesichtsfelds der Optik angeordnet. Die Markierung wird so wie ein Objekt aus der Objektszene abgebildet, nur das dessen Position relativ zur vorbekannten Richtung bekannt ist.
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Erfindungsgemäß ist das Beleuchtungselement außerhalb der beweglichen Optikeinheit zum Einstrahlen von Strahlung von außen in die bewegliche Optikeinheit angeordnet.
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Das Beleuchtungselement kann jedes Element sein, das eine leuchtende Markierung in die Abbildung einbringt, also in der Abbildung ein Leuchtbereich oder Leuchtpunkt durch die Markierung vorhanden ist. Hierzu kann das Beleuchtungselement ein Rohr sein, durch das beispielsweise natürlich Strahlung aus der Objektszene im Wesentlichen parallel auf die Optik eingestrahlt wird, sodass eine im Wesentlichen scharf abgebildete Markierung in der Abbildung entsteht. Es sind auch andere geeignete passive Beleuchtungselemente denkbar.
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Besonders einfach und kleinbauend kann das Beleuchtungselement realisiert werden, wenn es ein Strahlungserzeuger ist. Besonders geeignet ist die Verwendung eines Lasers und insbesondere einer Leuchtdiode, die zweckmäßigerweise mit einer eigenen Optik zum Ausrichten der Strahlung aus der Leuchtdiode, also insbesondere zum Parallelisieren der Strahlung, ausgestattet ist. Vorteilhafterweise umfasst die Optik eine Mikrolinse, um eine nur geringe Abschattung im Gesichtsfeld zu erzeugen.
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Das Beleuchtungselement kann jedoch zusätzlich oder alternativ mit einem Spiegel ausgestattet sein, über den eine aktive Einstrahlung einer Leuchtmarkierung in die Optik beziehungsweise auf den Detektor erfolgt. Hierdurch kann auf einen voluminöseren Strahlungserzeuger im Gesichtsfeld verzichtet werden, wodurch die Abbildung nur leicht beeinträchtigt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zum Einstrahlen in die Optik beziehungsweise auf den Detektor besteht darin, dass das Beleuchtungselement innerhalb des Gesichtsfelds der Optik angeordnet ist und über einen Lichtleiter mit einem Strahlungserzeuger verbunden ist, der außerhalb des Gesichtsfelds der Optik angeordnet ist. Die Markierungsstrahlung kann gezielt zum Beleuchtungselement innerhalb des Gesichtsfelds eingebracht werden, ohne die Abbildung erheblich zu stören.
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Eine vorteilhafte Anordnung des Beleuchtungselements ist an einem Gehäusefenster, durch das das Gesichtsfeld der Optik gerichtet ist. Das Gehäusefenster ist strukturfest, wodurch die vorbestimmte Ausrichtung der Strahlung leicht erreicht werden kann. Zweckmäßigerweise ist das Beleuchtungselement im Sehfeldbereich der Optik beziehungsweise des Detektors angeordnet.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gehäusefenster eine Lichtleitungsfunktion zum Führen von Markierungsstrahlung zum Beleuchtungselement übernimmt. Hierzu kann das Beleuchtungselement ein Auskoppelelement zum Auskoppeln von im Gehäusefenster geführter Strahlung sein oder umfassen. Die Strahlung kann von einem Einkoppelelement bis zum Auskoppelelement im Gehäusefenster geführt sein, also beispielsweise parallel zu den Fensterflächen des Gehäusefensters – abgesehen von Richtungsänderungen durch Reflexion im Gehäusefenster. Vorteilhafterweise ist das Gehäusefenster ein Dom des optischen Erfassungssystems beziehungsweise eines Flugkörpers.
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Entsprechend der Erfindung weist das optische Erfassungssystem eine Bildverarbeitungseinheit auf, die Teil der Prozesseinheit ist. Die Bildverarbeitungseinheit ist dazu vorbereitet, die Markierung in einer Abbildung der Objektszene, zweckmäßigerweise in der Abbildung abgebildete Strahlung aus einem aktiven Beleuchtungselement, als solche zu erkennen und anhand der Position der Markierung in der Abbildung eine Ausrichtung des Gesichtsfelds zu bestimmen. Weiter kann die Bildverarbeitungseinheit dazu vorbereitet sein, die Ausrichtung eines weiteren im Bild abgebildeten Gegenstands relativ zur vorgegebenen Richtung zu bestimmen.
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Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein Verfahren zum Erfassen einer Ausrichtung eines Gesichtsfelds einer Optik eines optischen Erfassungssystems in eine Umgebung, bei dem eine relativ zu einem Außengehäuse des optischen Erfassungssystems bewegliche, in dem Außengehäuse befindliche Optikeinheit der Optik und mit ihr das Gesichtsfeld der Optik in der Umgebung verschwenkt wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Es wird vorgeschlagen, dass eine optische Markierung mit einer vorbestimmten Bildeigenschaft in die Abbildung der Objektszene eingebracht wird, deren Ausrichtung im Gesichtsfeld relativ zu einer vorbestimmten Ausrichtung bekannt ist. Es kann auf diese Weise mit einfachen und nur mit bildverarbeitenden Mitteln die Ausrichtung des Gesichtsfelds in die Umgebung bestimmt werden und/oder es kann die Ausrichtung eines Gegenstandes, also die Richtung zum Gegenstand, der in der Abbildung abgebildet ist, relativ zur vorbestimmten Ausrichtung, z. B. einer gehäusefesten Richtung, bestimmt werden.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren der unabhängigen Ansprüche kombinierbar.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die der Erläuterung der Erfindung dienen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen beschränkt, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. So können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren der unabhängigen Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1a–c ein optisches Erfassungssystem in der Spitze eines Flugkörpers mit einer beweglichen Optikeinheit in drei verschiedenen Ausrichtungen,
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2a–c ein optisches Erfassungssystem analog zu dem in 1a–c gezeigten, jedoch mit zwei Beleuchtungselementen und
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3 ein weiteres optisches Erfassungssystem mit einem Gehäusedom als Lichtleiter.
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1a zeigt einen Suchkopf 2 eines Lenkflugkörpers 4 in einer schematischen Darstellung. Der Suchkopf 2 umfasst ein optisches Erfassungssystem 6 mit einer Optik 8 zum Abbilden einer Objektszene 10 auf einem Detektor 12. Die Optik 8 ist mit einer Mehrzahl von Linsen und gegebenenfalls Spiegeln ausgestattet, die in den Figuren jedoch nur schematisch zusammengefasst als eine einzige Linse dargestellt sind. Weiter ist das optische Erfassungssystem 6 mit einer Prozesseinheit 14 und mit einem Antrieb 16 versehen, mit denen die Optik 8 und der Detektor 12 verschwenkt werden können, sodass sich das Gesichtsfeld der Optik 8 und des Detektors 12 durch die Umgebung bewegt. Die Aufhängung der Optik 8 erfolgt hierbei beispielsweise kardanisch, sodass die Optik 8 und mit ihr das Gesichtsfeld zweidimensional in einem Winkelbereich von +/–15 Grad um eine zentrale Achse bewegt werden kann. Die zentrale Achse ist hierbei die Längsachse des Lenkflugkörpers 4.
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Bei dem in 1a–c dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Optik 8 verschwenkbar. Sie bildet somit insgesamt eine bewegliche Optikeinheit der Optik 8, die relativ zu einer gehäusefesten Richtung verschwenkbar ist. Es ist jedoch ebenso gut möglich, dass nur ein Teil der gesamten Optik 8 beweglich ist und ein anderer Teil strukturfest ruht, beispielsweise mit dem Detektor 12.
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Zum Erfassen eines Objekts 18 innerhalb der Objektszene 10 wird das Gesichtsfeld der Optik 8 so ausgerichtet, dass das Objekt 18 durch die Optik 8 auf dem Detektor 12 abgebildet wird. Mithilfe einer Bildverarbeitung in Form eines Bildverarbeitungsprogramms, das in einem Speicher des Prozesseinheit 14 abgespeichert ist und durch den Prozessor der Prozesseinheit 14 abgearbeitet wird, wird nun das abgebildete Objekt 18 nach vorgegebenen Kriterien in der Abbildung als solches erfasst. Es soll nun in einem Folgeschritt die Richtung des Objekts 18 relativ zu einer vorbestimmten Ausrichtung bestimmt werden. Die vorbestimmte Ausrichtung oder Richtung ist eine strukturfeste Ausrichtung und somit eine Ausrichtung des Gehäuses 24, beispielsweise parallel zur Längsrichtung des Lenkflugkörpers 4. Hierzu wird die Ausrichtung des Gesichtsfelds relativ zu dieser vorbestimmten Richtung ermittelt und die Position des Objekts 18 im Gesichtsfeld beziehungsweise im Abbild wird durch die Bildverarbeitung erfasst. Aus der Ausrichtung des Gesichtsfeld und der Position des Objekts 18 im Gesichtsfeld kann die Ausrichtung des Objekts 18, also die Richtung vom optischen Erfassungssystem 6 zum Objekt 18 bezogen auf die vorbestimmte Richtung bestimmt werden. Dies dient beispielsweise dazu, den Lenkflugkörper 4 in seinem Flug auf das Objekt 18 auszurichten und genau auf dieses zuzufliegen.
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Um die Ausrichtung des Gesichtsfelds relativ zu der vorbestimmten Richtung zu ermitteln, umfasst das optische Erfassungssystem 6 eine Markierungseinrichtung 20, die an einem Dom 22 des Suchkopfs 2 befestigt ist. Zweckmäßigerweise ist die Markierungseinrichtung 20 im Zentrum des Verschwenkbereichs der Optik 8 angeordnet. Die Markierungseinrichtung 20 umfasst ein Beleuchtungselement in Form einer Licht emittierenden Diode (LED) mit einer vorgesetzten Optik zum Bündeln der von der LED ausgesandten Strahlung in einen parallelen Strahlengang. Die Optik ist beispielsweise in Form von einer oder mehreren Mikrolinsen ausgebildet. Die Strahlung aus der Markierungseinrichtung 20 wird von außen in die Optik 8 eingestrahlt und durch diese wie ein abgebildeter Gegenstand der Objektszene 10 auf den Detektor 12 abgebildet, wie in 1a–c) schematisch dargestellt ist.
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Die 1a, 1b und 1c zeigen drei verschiedene Stellungen der Optik 8 und damit drei verschiedene Ausrichtungen des Gesichtsfelds in der Umgebung. In 1a ist die Optik 8 und mit ihr das Gesichtsfeld zentriert ausgerichtet, also mittig im Verschwenkbereich. Das Gesichtsfeld weist somit genau in die Längsrichtung des Lenkflugkörpers 4. Entsprechend wird die Markierung, die die Markierungseinrichtung 20 in Form von Strahlung mit parallelem Strahlengang ausgibt, punktförmig und mittig auf dem Detektor 12 abgebildet.
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In 1b ist die Optik 8 ein Stück weit nach links verschwenkt. Entsprechend wandert die Abbildung des Beleuchtungselements beziehungsweise der Beleuchtungsquelle aus der Mitte des Detektors 12 aus und liegt beispielsweise am Rand der Abbildung, wenn die Optik 8 maximal verschwenkt ist. In 1c ist die Optik 8 um den gleichen Verschwenkwinkel nach rechts verschwenkt und die Abbildung der Markierung liegt auf der anderen Seite des Detektors 12 beziehungsweise der Abbildung der Umgebung. In den 1a bis 1c ist aus Gründen der einfachen Darstellbarkeit nur eine eindimensionale Verschwenkung um eine Schwenkachse gezeigt. Die Optik ist jedoch um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen und somit zweidimensional verschwenkbar.
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Die Leuchtmarkierung des Beleuchtungselements weist eine vorbestimmte Bildeigenschaft auf, beispielsweise eine vorbestimmte Frequenz oder vorbestimmte Intensität oder vorbestimmte Modulation der Strahlung. Diese vorbestimmte Bildeigenschaft wird durch Bildverarbeitung der Prozesseinheit 14 erkannt und die Markierung wird als solche erfasst. Aus der Lage der Markierung in der Abbildung kann nun auf die Ausrichtung des Gesichtsfelds relativ zur Ausrichtung des Gehäuses 24 geschlossen werden, und zwar ausschließlich unter Verwendung bildverarbeitenden Methoden. Ein magnetischer, elektrischer oder optischer Abgriff der Winkelstellung der Optik 8 ist nicht nötig.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen ein Ausführungsbeispiel, das einen größeren Verschwenkbereich der Optik 8 bzw. deren beweglicher optischer Einheit zulässt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1a–1c, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert und nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne das sie erneut beschrieben werden.
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Im Unterschied zum optischen Erfassungssystem 6 aus 1a–c enthält das optische Erfassungssystem 26 zwei Markierungseinrichtungen 20, die im Wesentlichen gleich ausgeführt sind. Ihr Unterschied besteht lediglich darin, dass sie Markierungslicht unterschiedlicher Frequenz aussenden. Die entsprechend abgebildeten Markierungen sind also anhand ihrer Farbe eindeutig voneinander unterscheidbar. Hierbei ist der Begriff Farbe nicht nur auf sichtbares Licht beschränkt. Die von der Markierungseinrichtung 20 abgegebene Markierungsstrahlung kann auch im infraroten oder ultravioletten Frequenzbereich liegen. Wie bereits zuvor ausgeführt, kann alternativ vorgesehen sein, dass die zwei Markierungseinrichtungen 20 anstelle von Licht unterschiedlicher Frequenz Licht unterschiedlicher Intensität oder unterschiedlich moduliertes Licht als unterscheidbares Markierungslicht aussenden.
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Aus 2b ist zu sehen, dass nur die linke der Markierungseinrichtungen 20 auf den Detektor 12 abgebildet wird. Durch die Verschwenkung der Optik 8 wandert die Markierung der rechten Markierungseinrichtung 20 aus der Abbildung raus, sodass sie nicht mehr abgebildet wird. Das Gleiche gilt für 2c, bei der selbst die Abbildung der Markierungsstrahlung aus der linken Markierungseinrichtung 20 an den Rand der Abbildung beziehungsweise des Detektors 12 wandert. Diese Position kennzeichnet den maximalen Verschwenkwinkel der Optik 8 beziehungsweise des beweglichen Teils der abbildenden Optik.
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Während also die Optik 8 nach links verschwenkt ist, dient die Markierung der linken Markierungseinrichtung 20 zur Ausrichtungsbestimmung des Gesichtsfelds der Optik 8. Ist die Optik 8 beziehungsweise deren Gesichtsfeld zentriert im Verschwenkbereich ausgerichtet, findet eine Übergabe von einer Markierungseinrichtung 20 an die andere statt, wie in 2a dargestellt ist. Bei dieser Stellung sind beide Markierungen der beiden Markierungseinrichtungen 20 abgebildet. Verschwenkt die Optik 8 nach rechts, so wird die Ausrichtung des Gesichtsfelds anhand der Markierung der rechten Markierungseinrichtung 20 erfasst.
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Das Ausführungsbeispiel aus 2a–2c ist nur beispielhaft. Für eine weite Verschwenkung ist es entsprechend sinnvoll, ein zweidimensionales Feld von Markierungseinrichtungen 20 vorzusehen, beispielsweise 2 × 2 Markierungseinrichtungen 20. Generell können n × m Markierungseinrichtungen 20 vorgesehen sein, sodass stets zumindest eine Markierung in der Abbildung zu sehen ist, anhand derer die Ausrichtung des Gesichtsfelds ermittelt werden kann.
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Gerade bei mehreren strahlenden Markierungseinrichtungen 20, also Beleuchtungseinrichtungen, ist es sinnvoll, solche Markierungseinrichtungen 20, deren Markierung nicht auf der Abbildung liegt, passiv zu schalten, um das Streulicht zu reduzieren. Da die Ausrichtung des Gesichtsfelds aus bereits einer abgebildeten Markierung bekannt ist, ist auch bekannt, welche Markierungen nicht abgebildet werden, diese können abgeschaltet werden. Analog können Markierungen, die wieder in die Abbildung einwandern, eingeschaltet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 schematisch dargestellt. Die Markierungseinrichtung 28 des optischen Erfassungssystems 30 ist im Dom 22 des Suchkopfs 2 angeordnet und ist beispielsweise als ein Auskoppelelement zum Auskoppeln von im Dom 22 geführter Strahlung 32 ausgestaltet. Diese Strahlung 32 wird von einem Strahlungserzeuger 34 erzeugt und über einen Lichtleiter 36 an ein Einkoppelelement 38 gegeben. Dieses koppelt die Markierungsstrahlung in den Dom 22 ein, sodass sie das Auskoppelelement der Markierungseinrichtung 28 erreicht. Die Auskopplung erfolgt (gegebenenfalls mithilfe einer zusätzlichen Optik) so, dass die Strahlung 32 parallel in den beweglichen Teil der Optik 8 eingestrahlt wird, sodass deren Abbildung auf den Detektor 12 punktförmig erfolgt. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die Markierungseinrichtung 20 sehr klein ausgeführt sein kann und somit wenig Licht aus der Abbildung der Objektszene 10 raubt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, den Lichtleiter 36 direkt zur Markierungseinrichtung 28 zu führen, sodass auf eine Führung im Dom 22 verzichtet werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Strahlung 32 in der Weise zur Markierungseinrichtung 28 zu lenken, dass die Strahlung 32 von dieser in die Optik 8 eingespiegelt werden kann. Hierfür ist die Markierungseinrichtung 28 mit einem Spiegel zum Einspiegeln der Strahlung 32 in die Optik 8 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Suchkopf
- 4
- Lenkflugkörper
- 6
- optisches Erfassungssystem
- 8
- Optik
- 10
- Objektszene
- 12
- Detektor
- 14
- Prozesseinheit
- 16
- Antrieb
- 18
- Objekt
- 20
- Markierungseinrichtung
- 22
- Dom
- 24
- Gehäuse/Außengehäuse
- 26
- optisches Erfassungssystem
- 28
- Markierungseinrichtung
- 30
- optisches Erfassungssystem
- 32
- Strahlung
- 34
- Strahlungserzeuger
- 36
- Lichtleiter
- 38
- Einkoppelelement