DE3347789B3

DE3347789B3 - Vorrichtung für die Bestimmung der Polarkoordinaten eines Punktes innerhalb eines zweidimensional begrenzten Raumes

Info

Publication number: DE3347789B3
Application number: DE3347789A
Authority: DE
Inventors: William James Antrim Montgomery
Original assignee: SHORTS MISSILE SYST Ltd; Thales Air Defence Ltd
Current assignee: SHORTS MISSILE SYST Ltd; Thales Air Defence Ltd
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2003-07-08
Also published as: SE8402568A1; GB8317043D0; SE8402568D0; GB2350248B; US8842263B1; GB2350248A

Abstract

Zur Bestimmung zweier Positionskoordinaten eines Punktes (D) in einem Bereich wird ein Strahl (10) einer Strahlung veranlaßt, einen Teil des Bereiches zu erleuchten und zyklisch über den Bereich gelenkt, wobei der Strahl in Phase mit der zyklischen Bewegung so moduliert wird, daß die auf den Punkt (D) treffende Strahlung ausreichend Informationen zur Identifizierung des Punktes enthält. Vorrichtungen mit Dreh- (r, THETA) und räumlichen (x, y) Koordinatenachsen werden erläutert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Bestimmung der Polarkoordinaten eines Punktes innerhalb eines zweidimensional begrenzten Raumes, wobei die Polarkoordinaten in ihrer Lage relativ zu einem Raummittelpunkt und einem Referenzwinkel im Raum bestimmt werden, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Strahls und zu dessen Konturierung derart, daß nur ein Teil des Raums ausgeleuchtet wird.

Es ist bekannt, mit dem Ziel der Verbesserung der Sicherheit von Leitstrahlsystemen zur Bestimmung der Abweichung eines Flugkörpers in Bezug auf die Achse eines dem Flugkörper nachführbaren Laserleitstrahles einen CO₂-Dauerstrichlaser mit elektrooptischem Modulator einzusetzen und zweckgerichtet auszubilden ( DE 28 48 003 B2 bzw. GB 2 033 186 ). Dabei ist die Lieferung von Informationen vorgesehen, die geeignet sind, zwei Koordinaten der Position des Flugkörpers innerhalb des zweidimensional begrenzten Raumes zu bestimmen, in den der Leitstrahl über die Optik eines Senders projiziert wird. Um den Leitstrahlmittelpunkt rotiert ein mit einem definierten Durchmesserbereich erzeugter Laserstrahl, der zyklisch den Flugkörper überstreicht. Der Laserstrahl ist in Abhängigkeit vom Rotationswinkel frequenzmoduliert, so daß die Strahlung an der Stelle, an der sich der Flugkörper befindet, ausreichend Informationen zur Identifikation seiner Koordinaten liefert. Der um den Leitstrahlmittelpunkt rotierende Strahl hat einen kreisrunden Querschnitt, wobei eine exakt lineare Beziehung zwischen der Zeit der Beleuchtung eines Punktes durch den Strahl und dem Abstand dieses Punktes vom Rotationszentrum nicht hergestellt werden kann.

Im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung von Systemen für die Übermittlung von Positionsinformationen über ein Objekt mit dem Ziel, mit einem Minimum an Laserimpulsen bei hohem Auflösungsgrad eine Lage im Raum festlegen und zusätzlich nichtlagebedingte Informationen übertragen zu können, ist ein System mit einem Lichtstrahlsender und einer Abtastvorrichtung für räumliche Winkel entwickelt worden, bei dem mit dieser Abtastvorrichtung ein Kodierer gekoppelt ist, der Strahlen entsprechend ihrer sich ändernden Momentanlage innerhalb eines räumlichen Winkels kodiert, der von den beiden fächerförmig ausgebildeten, rechtwinklig zueinander ausgerichteten Strahlen bzw. Leitstrahlenkomponenten definiert wird ( DE 24 29 197 B2 bzw. GB 1 430 550 ). Es werden bei diesem System keine Informationen als Polarkoordinaten eines Objekts geliefert.

Schließlich ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch noch ein bekanntes System ermittelt worden, das der Bereitstellung von Informationen über die Position eines bewegten Objekts dient, wobei das System einen Sender zum Aussenden eines Lichtstrahls und mehrere Strahlfühler einschließt, die dem Objekt zugeordnet sind ( US 3654025 ). Die Fühler sind notwendig für die Bereitstellung von Informationen zur Bestimmung der Position des Objekts mittels Informationen, wie sie aus der Messung der Differenz zwischen der Aussendung des Lichtstrahls durch den Sender und dessen Reflexion durch die Fühler abgeleitet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer gattungsgemäßen Vorrichtung wird durch Angabe einer Beziehung für eine Kurve zur Begrenzung der mittels Strahlerzeugungs- und Strahlkonturierungseinrichtung erzeugten Erstreckung des ausgeleuchteten Raumteils vom Raumzentrum zum Raumumfang in Verbindung mit der Gesamtheit der Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 die Aufgabe gelöst, eine exakt lineare Beziehung zwischen der Zeitdauer der Beleuchtung eines in Frage kommenden Punktes und dem Abstand dieses Punktes vom Rotationszentrum des Strahls. In der Anwendung bei einem Geschoßführungssystem ermöglicht die Erfindung eine sehr genaue Führung eines Geschosses in ein Ziel.

Mit den Merkmalen gemäß den Unteransprüchen kann die Erfindung in zweckmäßiger Weise ausgebildet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, worin

1 ein Diagramm einer ersten Leitstrahlkontur im Querschnitt ist, um die Bedeutung der Parameter r, R und 0 zu zeigen und vier Punkte D innerhalb des Leitstrahlquerschnittes zu identifizieren;
2 eine grafische Darstellung erhaltener Leitstrahlintensität I über der Zeit ist, ausgedrückt als ein Zyklus der Umdrehung des Leitstrahles um die Achse 11 für die vier Punkte der 1, wobei die Grafik die Form des Leitstrahles zeigt, wie er auf jeden der vier Punkte D ausgerichtet ist.
3 und 4 Grafiken sind, die weiter die Form des Leitstrahlschnittes gemäß 1 und 2 charakterisieren;
5 eine 3 ähnliche Grafik ist, um eine zweite Form des Leitstrahlquerschnittes zu zeigen;
6 eine Grafik ist, die eine dritte Kontur zeigt, und
7 eine Grafik ist, die die Form dieses Leitstrahlquerschnittes charakterisiert;
8 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung eines Leitstrahles mit einem Querschnitt ist, wie er in 1, 2, 3 und 4 dargestellt ist;
9 ein Diagramm eines Leitstrahles im Querschnitt ist das die Bedeutung von Parametern X und Y zeigt und vier Punkte innerhalb des Leitstrahlquerschnittes identifiziert;
10 eine Grafik mit erhaltener Leitstrahlintensität I über der Zeit ist, ausgedrückt als ein Abtastzyklus der zwei Leitstrahlkomponenten für vier in 9 dargestellte Punkte, wobei die Grafik die Form des Leitstrahles anzeigt, wie er auf jeden der vier Punkte P ausgerichtet ist;
11 ein Diagramm einer optischen Anordnung von Doppelquelle/Doppelabtast/Doppelausgangs Leitstrahlsender als erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung des Leitstrahles gemäß 9 ist und
12 ein Diagramm einer optischen Anordnung eines Doppelquellen/Einfachabtast/Doppelausgangs Leitstrahlsender als zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung des Leitstrahles gemäß 9 ist.
Unter Bezugnahme auf 1–7 der Zeichnung und insbesondere auf deren 1 wird eine räumliche Modulation eines Leitstrahlquerschnittes 10 erhalten durch (1) Drehen eines Laserstrahles in einer Richtung f um die Mittelachse 11 eines kreisförmigen Steuermusterbereiches 12 mit dem Radius R, (2) Pulsieren des Laserstrahles mit einer Frequenz, die mit Ihrer Winkelverstellung (z.B. θ nach einer Zeit t) von einer vertikalen oder anderen Bezugsrichtung 13 in der Ebene des Steuermusters verändert wird; jede Drehung des Laserstrahles benötigt die Zeit T: während dieser Zeit wird die Pulswiederholungsfrequenz (oder das Pulsintervall) zwischen zwei Grenzwerten verändert und der Zyklus wird fortgesetzt wiederholt mit einer vorbestimmten Rate; die Messung des Zeitintervalles T_θ zwischen aufgenommenen Laserimpulsen mit einem Sensor D ergibt eine Messung der Position des Sensors ausgedrückt als eine Winkelstellung θ von der Referenzrichtung 13 aus; (3) Konturieren des Leitstrahles derart, daß die Gesamtzeit Tr, während der ein Sensor elektromagnetische Wellen während einer Umdrehung des Strahlmusters erhält, eine Messung der Position des Sensors ergibt, ausgedrückt durch den Radius r von der Achse der Drehung des Strahles 11.
1 bis 4 zeigen einen einfachen Fall eines so geformten Strahles, daß während seiner Drehung mit einer stetigen Winkelgeschwindigkeit w der Anteil Tr der Gesamtzeit T für eine Umdrehung des Strahles, während dem die Faserstrahlung auf einen Punkt gerichtet ist, sich strikt linear mit dem radialen Abstand r dieses Punktes von der Drehachse 11 des Strahles 10 verändert, und zwar zwischen 25% für einen Punkt gerade seitlich von der Achse des Strahles bis zu 0% für einen Punkt am äußersten Ende des Strahles. Das wird bezeichnet als ein Strahlmodulationssystem nach der Form eines rotierenden Flügels.
1 und 2 zeigen schematisch die Veränderung in einer Serie von elektromagnetischen (Laser-)Impulsen 14, die für verschiedene Sensorstellungen (D1, D2, D3 und D4) innerhalb des von dem Strahl 10 kontrollierten Bereiches 12 aufgenommen sind.
Gemäß 3, 4 und 5 besitzt eine Reihe von Strahlkonturen entsprechend der Beziehung d = r cos (2 Π Kr)die Charakteristik, daß die Zeit Tr, während der elektromagnetische Wellen von dem Sensor D empfangen werden, mit ansteigender radialer Koordinate r linear abnimmt. Diese Konturen sind als Kontur I identifiziert.
Mit K = 0,125 wird die zweite in 5 dargestellte Kurve erzeugt. Es können jedoch für K auch andere Werte im Bereich 0–0,25 gewählt werden, wobei alle diese Kurven einen linearen Wechsel (mit radialer Position) der Zeit ergeben, während der elektromagnetische Wellen von dem Sensor empfangen werden Ein alternativer Bereich von Konturen (Kontur II) kann erzeugt werden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Zeit, während der elektromagnetische Wellen vom Sensor D empfangen werden, mit ansteigender radialer Koordinate r ansteigt. Diese Konturen entsprechen denen, die erzeugt werden, wenn die Konturen des Konturensatzes I subtrahiert sind von einem Quadranten eines Kreises, um beispielsweise den nicht liniierten Bereich in 5 zu erhalten.
Ein dritter Satz von Formen (Form III) kann durch die Rotation eines Strahles mit rechteckigem Querschnitt um eine Ecke des Rechteckes erhalten werden. 6 zeigt diese Strahlform und die Änderung der Zeit des Empfanges elektromagnetischer Strahlung mit der Koordinate r. Aus 7 ergibt sich, daß in einem kreisförmigen Bereich mit dem Radius d um die Mitte 11 dieses Musters keine genaue radiale Koordinateninformation verfügbar ist, obwohl sich Winkelinformationen vom Impulsintervall T_θ in der gleichen Weise wie bei den Formen des ersten und zweiten Formensatzes herleiten lassen. Außerhalb dieses zentralen Bereiches kann der Fühler sowohl radiale als auch Winkelkoordinateninformationen empfangen. Die relative Größe des zentralen Bereiches ist durch das Breiten/Längenverhältnis d/L der Rechteckform bestimmt. Verschiedene d/L-Verhältnisse können in Betracht gezogen werden, beispielsweise Verhältnisse von 1 bis 0,067 und darunter können bei im praktischen Einsatz befindlichen Leitstrahlsendern leicht verwendet werden.
Die Verwendung eines Rechteckstrahles hat den Vorteil einer einfachen Strahlkontur (mit entsprechender Laserstrahlquelle). Dieses System ist nützlich bei besonderen Leitstrahlreitersystemen, bei denen der zu führende Gegenstand entweder in einem Hauptbereich (x < d) um die Mitte des Steuermusters verbleiben soll und/oder sehr genau zu bestimmten Punkten außerhalb dieses Zentralbereiches geführt werden soll (x > d).
Obwohl eine Vielzahl von Konturen für den rotierenden Leitstrahl zur Positionsdefinition geeignet sind, sind diese drei Strahlkonturen von besonderer Bedeutung für Leitstrahlsysteme wegen einer ganzen Reihe von Faktoren, wie einfache Erzeugung der jeweiligen Kontur der Leitstrahlen aus elektromagnetischen Wellen oder Linearität der Sensorantwort auf die erhaltene modulierte Strahlung.
Von den drei bereits gekennzeichneten Typen hat die Kontur I für die Anwendung bei Geschoßstrahlsystemen die größte Bedeutung, während die Konturen II und III bei Vorliegen besonderer Umstände bedeutsam sein können.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf 3 zeigt es sich, daß die Leitstrahlform eine gerade radiale Kante 16 hat die im Fall θ = 0 mit der Bezugsrichtung 13 zusammenfällt, daß sie weiter eine gekrümmte Kante 17 und eine kurze Umfangskante 18 hat, wobei sich letztere in Umfangsrichtung erstreckt, um die Kontur zu schließen, im in 3 dergestellten Grenzfall jedoch eine Länge = 0 hat. Der mittels einer Öffnung oder anderer Mittel erzeugte Leitstrahl kann angeordnet sein, um vom Leitstrahlrotationssystem an einer zweckmäßigen Richtung gedreht zu werden.
Die Natur der gebogenen Kante 17 und die relative Länge der kurzen Umfangskante 18 kann variiert werden, um die Linearität der Radialinformation entsprechend dem Geschoßführungssystem zu beeinflussen. In diesem ersten Beispiel der Form Ia verringert Tr die Linearität mit ansteigendem Radialkoordinatenwert r gemäß der Beziehung
worin d und r in 3 definiert sind
Die Form kann so gewählt worden, daß die Länge der Umfangskante 18 endlich ist, um damit sicherzustellen, daß die sich ergebende Zeit der elektromagnetischen Strahlung des Sensors sich an der Kante R des Kontrollbereiches 12 nicht dem Wert Null nähert. Nachfolgend sind Beispiels genannt, wie das erreicht werden kann.

(1) In einfacher Weise Wegnehmen der Öffnungsspitze, wie es in 3 durch die gestrichelte Kante 19 dargestellt ist.
(2) Entwerfen einer gebogenen Kante entsprechend einer allgemeinen Beziehung, für die die Gleichung (1) ein besonderes Beispiel ist.

Das Auflösungsvermögen der Erfassungsvorrichtung für die Leitstrahlformen I und II sowohl in der Winkel- als auch in der radialen Richtung variiert mit der Winkelkoordinaten
Bei der Leitstrahlform III variiert das Auflösungsvermögen der Erfassungsvorrichtung sowohl in Winkel- als auch in radialer Richtung wiederum mit der Winkelposition gegenüber dem Bezugswinkel. Dies ist im einzelnen in der GB-Patentanmeldung 8219395 beschrieben, auf die insoweit Bezug genommen wird.
Gemäß 8 schließt die dargestellte Ausführungsform einer optischen Leitstrahlsendevorrichtung eine divergierende Laserstrahlquelle S zur Erzeugung eines Laserstrahles 20 ein, der durch ein faseroptisches Integrationssystem 21 gerichtet wird.
Alternativ kann der divergierende Leitstrahl durch eine entsprechende Linse gerichtet werden, wobei der gerichtete Leistrahl durch eine Diffusionsplatte oder eine optische Scramblerstange teilweise diffus gemacht wird.
Der resultierende, im wesentlichen achsparallele Leitstrahl 22 wird dann durch eine unveränderbar geformte Öffnung 23 geschickt, die Teil eines dargestellten Gehäuses ist, dessen Innenfläche mattschwarz ist. Die Kontur der Öffnung 23 formt den übertragenen Laserstrahl 20.
Vor der Öffnung 23 ist ein optisches System 24 zur Strahlrotation vorgesehen, das im vorliegenden Fall ein Pechanprisma ist und von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird, so daß der konturierte Leitstrahl normalerweise mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Achse 25 dreht, die durch die Mitte des optischen Strahlrotationssystems und ein Ende der Öffnung verläuft. Der Strahl wird dann durch ein optisches Hauptsystem geführt, das durch eine Zoomlinse 26 dargestellt ist, die den Laserstrahl im notwendigen Maße fokussiert. Die Linse ist vom "flick on" Typ, in dem sie Schrittänderungen im optischen Verstärkungsfaktor bewirkt, um abzustimmen, was als maximaler und minimaler optischer Verstärkungsfaktor einer normalen Zoomlinse erwartet werden könnte.
Ein Lasertriggermechanismus ist mit dem Leitstrahlrotationssystem gekoppelt und pulst den Laserstrahl beim Drehen des Leitstrahles. Der Lasertrigger enthält eine Lichtquelle 27 und einen Lichtsensor 28. Das von der Lichtquelle 27 aus übertragene Licht wird von einem pulsierenden Muster moduliert, das alternierend dunkle und transparente Zonen in einer Anordnung um den Umfang einer Zielmarke 29 aufweist, die dem Strahlrotationssystem zugeordnet ist. Der Sensor erzeugt als Antwort auf die gepulsten Lichtsignale ein gepulstes Ausgangssignal, das einen Festkörperschalter 30 triggert, um stoßweise eine Hochspannungsquelle 31 mit der Laserstrahlquelle zu verbinden, um ein entsprechendes Pulsieren des Laserstrahles zu bewirken. Eine progressive Vergrößerung und Verkleinerung der Breite der Dunkelzonen um den Umfang der Zielmarke erzeugt während jeder Rotation ein Ansteigen und Abfallen des Zeitintervalles zwischen den Pulsen des Laserstrahles innerhalb des Bereiches zwischen einer Ober- und einer Untergrenze.
Gemäß 9–12 der Zeichnung und insbesondere gemäß 9 wird eine räumliche Modulation des Querschnittes des Kontrollmusters erhalten durch (1) Schießen einer ersten Lichtstrahlkomponenten 40 über einen ersten rechteckigen Kontrollmusterbereich 41 in einer ersten Abtastrichtung X und mit einer ersten Abtastfrequenz (Anzahl der Abtastungen in der Zeiteinheit). (2) Schießen einer zweiten Lichtstrahlkomponenten 42 über denselben Kontrollmusterbereich 41 in einer zweiten Abtastrichtung Y, die senkrecht zur Richtung X ist mit der gleichen Abtastfrequenz, wobei die Abtastungen der zweiten Lichtstrahlkomponenten 42 gewählt sind, um Punkte innerhalb des Kontrollmusterbereiches 41 zu Zeiten zu beleuchten, die mit den Zeiten abwechseln, in denen diese Punkte von der ersten Lichtstrahlkomponenten 40 beleuchtet werden und (3) Pulsieren jeder Lichtstrahlkomponente mit einer Frequenz, die mit ihrer Verstellung (X oder Y) vom Ausgangspunkt 43 beider Lichtstrahlkomponenten X und Y aus variiert, wobei die Abtastachsen in der Ebene des Kontrollmusters liegen. Während jedes Schusses einer Strahlkomponenten wird die Pulswiederholungsfrequenz (oder das Pulsintervall) zwischen zwei Grenzen variiert mit alternierenden Schüssen, die vorzugsweise verschiedene Grenzen und nicht überlappende Bereiche haben, wobei die beiden Schußzyklen mit einer vorbestimmten Rate kontinuierlich wiederholt werden.
Ein Sensor wird durch Laserstrahldrehung des Pulszuges eines jeden Schusses einer Strahlkomponente aktiviert. Messungen der Zeitintervalle (Tx, Ty) zwischen aufgenommenen Laserstrahlimpulsen in zwei aufeinanderfolgenden Pulszügen mittels des Sensors zeigen die Stellung des Sensors relativ zu senkrecht zueinander liegenden Bezugsachsen an.
10 illustriert schemastisch die Variation in einer Serie von elektromagnetischen (Laser)Impulsen, die für verschiedene Sensorpositionen (P₁, P₂, P₃, P₄) innerhalb des Leitstrahles erhalten werden.
Die Erzeugung des Kontrollmusters durch alternierende Schüsse von Strahlen mit Rechteckquerschnitt in orthogonalen Richtung können durch Veränderung optischer Systeme erhalten werden, beispielsweise einen Einzel- oder Doppelabtaster, eine Einzel- oder Doppelstrahlquelle und Einzel- oder Doppellinse (d.h. Öffnung). 11 und 12 zeigt zwei optische Anordnungen, die aus einer Reihe von möglichen Abtast-Strahlquelle-Linsenkombinationen ausgewählt sind.
Die Wahl der Anordnung für einen besonderen Anwendungsfall kann unter den Kriterien der Auslegungsbedingungen eines Gesamtsystemes getroffen werden. Erörterungen hierüber im einzelnen finden sich in der GB-Patentanmeldung 8231532, auf die in soweit Bezug genommen wird.
Gemäß 11 enthält die dort dargestellte Ausführungsform einer optischen Leitstrahlübertragungsvorrichtung eine erste (50) und zweite (51) divergierende Laserstrahlquelle 50, 51 (beispielsweise Laserdioden), die einen ersten (52) und zweiten (53) Laserstrahl 52, 53 ergeben und mit ersten (54) und zweiten (55) optischen Faserelementen 54, 55 mit im Querschnitt rechteckigen Ausgangsflächen gekoppelt sind. Die divergenten Strahlen der rechteckigen Strahlquellen werden dann durch ein optisches Hauptsystem geführt, die durch erste (56) und zweite (57) Linsen 56, 57 gekennzeichnet sind, die die Strahlen im erforderlichen Maße fokussieren.
Alternativ hierzu können (1) die divergierenden Strahlen der Laserstrahlquellen durch ein entsprechendes Linsensystem parallel zueinander gerichtet werden, wobei die parallel gerichteten Strahlen durch Diffusionsplatten oder optische Scramblerstangen teilweise gestreut werden. Die resultierenden, im wesentlichen parallelen Strahlen werden dann durch je eine unveränderbare Rechtecköffnung zum optischen Hauptsystem geschickt, Statt dessen können (2) die divergierenden Strahlen beide parallel gerichtet werden und durch ein doppelzylindrisches Linsensystem innerhalb des optischen Hauptsystemes geformt werden.
Zwischen den rechteckig geformten Strahlquellen 54 und 55 und dem optischen Hauptsystem 56 und 57 oder alternativ nach den fokussierenden Hauptlinsen 56 und 57 sind erste (58) und zweite (59) Abtastspiegel 58, 59 angeordnet, die mit einem ersten (60) und zweiten (61) Stellmotor 60, 61 beispielsweise einem Verdrehmotor, angetrieben werden, um den Strahl mit üblicherweise konstanter Winkelgeschwindigkeit alternieren in orthogonale Richtungen über den Kontrollbereich zu schicken.
12 zeigt eine Modifikation, bei der ein einzelner, doppelseitiger Abtastspiegel 80 die beiden Abtastspiegel 58, 59 ersetzt und durch einen einzigen Motor 81 angetrieben wird. Nach der Reflexion am Spiegel 80 wird der Strahl 52 mit einem Spiegelpaar 82, der Strahl 53 mit Spiegeln 83 auf das Linsensystem 56 gerichtet.
Lasertriggermechanismen sind mit den Strahlreflexionssystemen verbunden und pulsen den jeweiligen Laserstrahl, wenn er abgetastet ist. Jeder Laserstrahltrigger besteht aus einem "Pick-off" oder Sensor 90, 91, der die Position des Abtastspiegels ermittelt und die Informationen hierüber einer Steuervorrichtung 92 zuführt, die ein gepulstes Ausgangssignal erzeugt, um einen Festkörperschalter 30 in Phase mit den Abtastspiegelpositionen zu triggern und intermittierend eine Hochspannungsquelle 31 mit der Laserstrahlquelle zu verbinden, um den Laserstrahl entsprechend zu pulsen. Während jeder Spiegelabtastung erzeugt jede Steuervorrichtung 92 im Zeitintervall zwischen zwei Pulsen des Laserstrahles einen zwischen Ober- und Untergrenze progressiven Anstieg oder Abfall.
Alternative Vorrichtung sind möglich, beispielsweise:
Ein kontinuierlicher Wellenlaser (oder eine pulsierende oder kontinuierliche Strahlquelle für einen anderen Leitstrahl als einen Laserstrahl) kann statt eines an der Strahlquelle gepulsten Laserstrahles verwendet werden. Der Ausgang von einem kontinuierlichen Wellenlaser könnte gepulst werden, d.h. seine Intensität kann moduliert werden vor oder nach dem Formen des Strahles, z.B.

(a) mechanische Verschlußklappen, beispielsweise eine rotierende plattenförmige Zielmarke mit abwechselnd transparenten und nicht durchscheinenden Sektoren, bei der die Breite der nicht durchscheinenden Sektoren über den Umfang der Zielmarke größer und kleiner wird. In 11 und 12 sind die Abtastspiegel angemessen in Phase mir der Strahlunterbrechung angetrieben.
(b) Elektrooptische, akustisch-optische oder andere Verschlüsse, die vom Strahlrotationssystem oder von der Hauptsteuervorrichtung getriggert werden
(c) Direkte Laserstrahlformmodulation (Länge) mit Induzieren von Wellenlängenmodulation (und aufgenommene Intensitätsmodulation) durch Endspiegelverstellung unter Verwendung piezoelektrischer Elemente.

Alternative Triggermechanismen können angewendet werden. Diese können direkt durch die Strahlabtastung mittels elektromechanischer oder elektrooptischer Mittel oder von dem Strahl durch elektrooptische Mittel getriggert werden, beispielsweise durch

(a) Elektronische Pulsintervallvariation unter Verwendung eines elektronischen rampengetriggerten Impulses je Strahlabtastung durch ein Lichtquelle/Zielmarke/Lichtsensor-System.
(b) Überwachen der erzeugten Strahlposition (d.h. Richten mittels eines Quadrantdetektors oder einer anderen optischen positionssensitiven Vorrichtung)

Darüberhinaus können r und θ oder x und y Positionsinformationen durch Veränderung verschiedener Charakteristiken des Strahles, jedoch andere als die Zeitintervalle zwischen Pulsen der elektromagnetischen Strahlung, erhalten werden, z.B. durch:

(i) Die Wellenlänge (Farbe) des Strahles kann verändert werden, wenn der Strahl über die Kontrollregion abgetastet wird z.B. mittels einer zu tunenden Laserstrahlquelle oder durch ein optisches Filter.
(ii) Die Intensität kann verändert werden durch Verwendung eines optischen Filters veränderlicher Dichte oder veränderbarer Eingangslaserdrivekraft.
(iii) Die Achse der Polarisation eines linear polarisierten Laserstrahles kann variiert werden in dem Maße, wie der Strahl über den Steuerbereich abgetastet wird (z.B. kann die Achse um 180° variiert werden, wenn der Strahl um 360° gedreht wird) und mit einem polarisationssensitiven Detektor oder mehreren davon auf dem bewegten Gegenstand.

Claims

Vorrichtung für die Bestimmung der Polarkoordinaten eines Punktes innerhalb eines zweidimensional begrenzten Raumes, wobei die Polarkoordinaten in ihrer Lage relativ zu einem Raummittelpunkt und einem Referenzwinkel im Raum bestimmt werden, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Strahls und zu dessen Konturierung derart, daß nur ein Teil des Raums ausgeleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungs- und Strahlkonturierungseinrichtung eine Erstreckung des ausgeleuchteten Raumteils vom Raumzentrum zum Raumumfang mit einer Begrenzung der Kurve nach folgender Beziehung bewirkt d = cos (2 Π Kr)worin bedeuten: d = den Abstand zwischen der Begrenzungskurve und dem Referenzwinkel, wenn der Raumteil in einer Referenzposition positioniert ist, die dem Referenzwinkel entspricht, K = eine Konstante im Bereich 0 < K ≦ 0,25 r = radiale Koordinate, daß weiter eine Einrichtung zur Erzeugung einer Strahlrotation um das Raumzentrum derart vorgesehen ist, daß der Strahl während diskreter voneinander beabstandeter Zeitspannen auf den Punkt gerichtet ist, und daß schließlich eine Einrichtung zur Strahlmodulation in Phase mit der Strahlrotation derart vorgesehen ist, daß eine der Koordinaten definiert wird, während die Dauer der Zeitspannen die andere r-Koordinate definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung den Strahl mit einer Frequenz pulst, die in einer bestimmten Phase von der Drehzahl des Strahls abweicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungs- und Strahlkonturierungseinrichtung einen Laserstrahl erzeugt und mit einem als Faser ausgebildeten optimalen Übertragungselement verbunden ist, dessen Abstrahlfläche der gewollten Strahlfläche oder Strahlteilfläche entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Strahlrotation ein Pechan-Prisma und eine Einrichtung zum Drehen dieses Prismas um eine Achse einschließt, in der das Raumzentrum liegt.