DE1548382B1

DE1548382B1 - Auf Licht ansprechende Vorrichtung

Info

Publication number: DE1548382B1
Application number: DE19661548382
Authority: DE
Inventors: Alfred Ernst Eckerman
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1965-04-12
Filing date: 1966-04-09
Publication date: 1970-07-30
Also published as: US3496367A; GB1138370A

Description

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Die Erfindung betrifft eine auf Licht ansprechende kleiner Winkel und umgekehrt keine Lichtenergie Vorrichtung mit einer Vielzahl von fotoelektrischen verlorengeht, so daß die erfindungsgemäße Vorrich-Elementen, deren Ausgangssignale dazu benutzt wer- tung auch in dem Übergangs-Winkelbereich befriediden, die Lage eines Raumfahrzeugs bezüglich einer gend arbeitet. Bei einem Übergang von dem einen Bezugsrichtung zu verändern, die durch die Mitte 5 in den anderen Winkelbereich ändert sich das elekder Vorrichtung und der Lichtquelle, z. B. der Sonne, trische Ausgangssignal kontinuierlich, das von dem geht, deren Lichtstrahlen die fotoelektrischen EIe- einfallenden Licht verursacht wird. Durch die Einmente beeinflussen müssen, mit einer ersten Gruppe stellbarkeit der wichtigsten Teile der erflndungsvon untereinander identischen fotoelektrischen EIe- gemäßen Suchvorrichtung wird noch der Vorteil menten, die ebene fotoelektrische Flächen haben und io erzielt, daß durch entsprechende Justierung insberegelmäßig um eine Öffnung herum verteilt sind, die sondere Nullfehler vermieden werden können. Solch genau in der Symmetrieachse der Vorrichtung liegt, eine Justierung ist bei der bekannten Vorrichtung die eine Bezugsachse für das Raumfahrzeug ist, nicht möglich, da bei dieser Vorrichtung alle Teile wobei jedem Quadranten bestimmte Elemente zu- starr angeordnet sind.

geordnet sind, und mit einer zweiten Gruppe von 15 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich vier untereinander identischen fotoelektrischen EIe- aus den Unteransprüchen.

menten, die auf einer ebenen, zur Symmetrieachse Ausführungsbeispiele, die die Erfindung erläutern,

senkrechten, Befestigungsfläche angebracht sind und werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben, ebenfalls regelmäßig um die Symmetrieachse so an- Es zeigt

geordnet sind, daß jedes Element einen der vier 20 F i g. 1 eine schematische Aufrißansicht im Längs-Quadranten einer geschlossenen Fläche einfachster schnitt entlang der Symmetrieebene einer auf Licht Form dargestellt, und innerhalb der einzelnen Grup- ansprechenden Vorrichtung,

pen die diametral gegenüberliegenden Quadranten Fig. 2 eine isometrische auseinandergezogene zugeordneten Elemente elektrisch gleichpolig mitein- Darstellung mehrerer im Innern eines Gehäuseteils ander verbunden sind sowie jeweils ein und dem- 25 angeordneter Teile,

selben Quadranten entsprechende Elemente der Fig. 3 eine schematische und isometrische Dar-

ersten und der zweiten Gruppe elektrisch gegenpolig stellung des Zusammenwirkens der verschiedenen miteinander verbunden sind. Elemente,

Eine auf Licht ansprechende Suchvorrichtung der F i g. 4 ein elektrisches Schaltschema der Anoben beschriebenen Art ist bekannt (französische 30 Schlüsse zwischen den verschiedenen Elementen, Patentschrift 1 355 915). Diese Vorrichtung, deren wodurch ein Fahrzeug gesteuert werden kann, und Suchfeld einen Raumwinkel von 180° erfaßt und das Fig. 5 eine Darstellung der Ausgangssignale als

Abweichungssignale bezüglich der in der Grund- Funktion der Winkelabweichung der Lichtquelle von ebene des Raumwinkels liegenden X-, Y- und Z- der Längsachse der Vorrichtung. Achse abgibt, arbeitet in dem Winkelbereich von 35 Gemäß der in F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh- 15° bis 50° optimal, da in diesem Bereich die beiden rungsform ist an dem Raumfahrzeug 11, das die auf Gruppen der fotoempfindlichen Elemente zum Er- Licht ansprechende Vorrichtung benutzt, ein Gezeugen der Ausgangssignale zusammenwirken. In der häuse 10 befestigt. An der Vorderseite des Gehäuses Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß es oft not- ist eine Objektivlinse 12 mittels eines Ansatzes 13 so wendig wird, auch in dem Winkelbereich zwischen 40 befestigt, daß das von der Lichtquelle kommende 10°' und 15° Messungen vorzunehmen. In diesem Licht durch die Linse 12 hindurchtreten kann. Die Winkelbereich arbeitet die bekannte Vorrichtung Linse 12 kann entweder aus einem einzigen Teil oder nicht befriedigend, weil die erste Gruppe der EIe- aus einem Linsensystem bestehen. Hinter der Linse mente praktisch noch nicht arbeitet, während die 12 ist ein vorderer Haltering 14 angeordnet, der in zweite Gruppe der Elemente praktisch nicht mehr 45 der Längsachse des Gehäuses 10 verschiebbar ist. arbeitet, so daß sich in diesem Übergangsbereich die Er hält eine Platte 16 und eine ringförmige Scheibe Ausgangssignale nicht kontinuierlich ändern. 15, welche vier photoelektrische Zellen 17,18,19, 20

Der Erfindung liegt daher 'die Aufgabe zugrunde, trägt (Fig. 3), die alle gleiche Oberfläche haben und eine auf Licht ansprechende Suchvorrichtung der aus einem Material wie z. B. Silizium od. dgl. heroben beschriebenen Art zu schaffen, bei der die 50 gestellt sind, das eine Spannung oder einen Strom Lichtquelle in jedem Winkelbereich in gleicher Weise erzeugt, wenn es einem Lichtstrahl ausgesetzt wird, erfaßt wird und befriedigende Ausgangssignale liefert, Diese Zellen sind starr auf der ringförmigen Scheibe wobei die Bezugsrichtung mit sehr großer Genauig- 15 befestigt und untereinander elektrisch isoliert. Die keit verfolgt werden kann. Eine auf Licht anspre- Platte 16 und die ringförmige Scheibe 15 sind bezügchende Vorrichtung ist daher erfindungsgemäß 55 Hch des Halterings 14 so angeordnet, daß sie in zwei dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von zueinander senkrechten Richtungen verschoben werfotoelektrischen Elementen aus vier der zweiten den können, wie später noch mit Bezug auf F i g. 2 Gruppe identischen in einer verstellbaren Ebene erläutert wird. Im mittleren Teil der Platte 16 und liegenden Elementen besteht, daß die Ebene, in der der Zellen 17 bis 20 ist eine Mittelöffnung 21, deren die fotoelektrischen Elemente der zweiten Gruppe 60 Durchmesser von den Abmessungen der Objektivangeordnet sind, ebenfalls verstellbar ist, und daß linse 12 abhängt. Diese Öffnung vermeidet eine Beeine erste Linse ein erstes Bild von der Lichtquelle leuchtung der Zellen 17 bis 20, wenn der Ablenpraktisch zwischen den beiden Ebenen entwirft und kungswinkel sehr gering ist, wie später beschrieben eine verstellbare zweite Linse ein zweites Bild des wird. Hinter dem Haltering 14 ist eine Vergrößeersten Bildes liefert, das in der Ebene auffangbar ist. 65 rungslinse 22 angeordnet, die gleichfalls aus einem

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der einzigen Teil bestehen kann und von einem Haltering Suchvorrichtung wird erreicht, daß beim Übergang;. ..24.-,getragen wird, der ini Innern des Gehäuses, wie von dem Bereich großer Winkel zu dem Bereich aus F i g. 2 ersichtlich, der Länge nach verschiebbar

ist. Eine Schraube, deren Kopf man bei 56 sieht, sitzt in einem Gewinde 57, das in das Innere des Rings 24 eingeschnitten ist. Durch Lösen der Verschraubung 56 bis 57 kann diese in einem Schlitz 58 in der Wand des Gehäuses gleiten und den Haltering 24 bei dieser Bewegung mitnehmen. Danach können der Haltering 24 und die Vergrößerungslinse 22 in der gewünschten Stellung durch Anziehen der Verschraubung 56 bis 57 festgestellt werden.

Hinter der Linse 22 ist ein hinterer Haltering 26 so angeordnet, daß er mittels einer Vorrichtung, die der mit Bezug auf die Halterung der Linse 22 beschriebenen ähnlich ist, im Inneren des Gehäuses in der Achse verschoben werden kann. Es ist ersichtlich, daß eine Schraube 42 in einem Gewinde 43, das in das Innere 26 A des Rings 26 eingeschnitten ist, eingebaut ist und in einem Schlitz 44 gleiten kann, der in der Wand des Gehäuses 10 ausgebildet ist. Eine Platte 28 in der Form einer ringförmigen Scheibe ist mit einem Sockel 28 A versehen, der ein hohler Zylinder ist und mit merklichem Spiel in den \ Ring 26 einpaßt, Schrauben 46 stoßen in Aussparungen 47 an, die an diametral gegenüberliegenden Punkten am Umfang des hohlen Zylinders 28 A ausgebildet sind, so daß man durch Anziehen und Lösen der Schrauben 46 die Stellung der ringförmigen Scheibe 28 bezüglich des Rings 26 entlang der Achse X-X verstellen kann. Die Schrauben 46 sind durch die in F i g. 2 gezeigten Schlitze 44 erreichbar.

Eine Scheibe 27 trägt eine zweite Reihe von photoelektrischen Zellen 29, 30, 31, 32, die fest auf ihrer Vorderseite aufgebracht sind, und ist mit einem Sockel 27 A versehen, der die Form eines Zylinders hat und mit merklichem Spiel in das Innere 28 B der ringförmigen Scheibe 28 einpaßt. Durch den Sockel 28 A hindurchführende Schrauben 48 stoßen in den Aussparungen 50 an, die an diametral gegenüberliegenden Punkten am Umfang des zylindrischen Sockels Π A so angeordnet sind, daß durch Anziehen oder Lösen der Schrauben 48 die Stellung der Scheibe 27 bezüglich der ringförmigen Scheibe 28 entlang der Achse Y-Y verändert werden kann. Man erreicht die Schrauben 48 durch die öffnungen 52, die in der Wand des Gehäuses 10 ausgebildet sind, und durch die Öffnungen 54, die sich in dem Haltermg 26 befinden. Auf diese Weise kann man durch die Justierung der Schrauben 46 und 48 die photoelektrischen Zellen 29, 30, 31, 32 in ihrer Ebene in der Achse X-X und der Achse Y-Y verschieben, und durch Verschieben der Schraube 42 bis 43 in Schlitz 44 kann man die Ebene der Zellen auf der Längssymmetrieachse Z-Z der Vorrichtung verändern.

Obwohl dies nicht eingehender dargestellt worden ist, ist ersichtlich, daß eine analoge Vorrichtung vorhanden ist, mit der die erste Gruppe von photoelektrischen Zellen 17, 18, 19, 20 einerseits in ihrer Ebene auf den Achsen X-X und Y-Y und andererseits auf der Achse Z-Z verschoben werden kann.

Die vier photoelektrischen Zellen der zweiten Gruppe 29, 30, 31, 32 weisen gleiche Flächen auf und sind entweder aus Silizium oder aus einem ähnlichen Material hergestellt, das eine Spannung oder einen Strom erzeugt, wenn es von einem Lichtbündel getroffen wird.

Wenn im Betrieb die Richtung der von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlen mit der Längsachse Z-Z der Vorrichtung übereinstimmt, treten diese Lichtstrahlen durch die Linse 12 und die Öffnung 21 hindurch, ohne die Zellen 17 bis 20 zu beeinflussen. In der Brennebene der Linse 12 entsteht ein Bild 34, und die zweite Linse 22 wirft ein vergrößertes, zweites Bild 36 des ersten Bildes 34 auf die zweite photoelektrische Zellengruppe 29 bis 32.

Bei geringen Winkelablenkungen der Lichtstrahlen in bezug auf die Achse Z-Z der Vorrichtung gehen diese Strahlen weiterhin durch die Öffnung 21 und beleuchten nur die Zellen der zweiten Gruppe. Wenn der Ablenkungswinkel zunimmt, werden die Lichtstrahlen schließlich von den Zellen der ersten Gruppe 17 bis 20 aufgefangen. Eine gleichzeitige Beleuchtung der beiden Zellgruppen erzeugt an den Kontakten 38, 39, 40, 41 eines Anschlusses 44, der am Boden des Gehäuses 10 angebracht ist, elektrische Ausgangsspannungen, die die Lage der Vorrichtung und folglich des Trägerfahrzeugs bezüglich der Lichtquelle anzeigen. Es ist ersichtlich, daß auch die Erregung einer einzelnen Zellgruppe diese elektrischen Spannungen erzeugen kann. Diese elektrischen Ausgangsspannungen werden dazu benutzt, das Verhalten des Fahrzeugs in bezug auf die Lichtquelle zu steuern. Sie können auch für die Berechnung der verschiedenen Navigationsparameter benutzt werden.

Vorstehend sind Mittel beschrieben worden, die eine Verstellung der hauptsächlichen Teile der Anlage gestatten. Durch eine Verstellung dieser Teile wird eine korrekte Eichung und eine Justierung der Anlage ermöglicht, um die Stellung der Zellen 29 bis 32 so zu justieren, daß sie gleichmäßig beleuchtet werden, wenn die Richtung der Lichtstrahlen mit der Achse Z-Z der Vorrichtung übereinstimmt. Das Ausgangssignal muß dann Null sein. Sobald dann das Ausgangssignal von Null abweicht, bedeutet das, daß die Lichtstrahlrichtung von der Achse Z-Z des Geräts abweicht. Bei der Justierung verändert man auch die Lage der Zellen 17 bis 20 so, daß diese überhaupt kein Licht empfangen. Dann verändert man die Längslage der Linse 22 so, bis in der Ebene der Zellen 29 bis 32 ein Bild optimaler Intensität erhalten wird, um die Empfindlichkeit des Geräts zu steigern.

Wenn diese Justierung ausgeführt worden ist, kann das Gerät unter besten Bedingungen arbeiten. Eine Winkelabweichung der Lichtquelle von der Achse Z-Z ruft eine Verschiebung des Lichtflecks 36 in der Ebene der Zellen 29 bis 32, somit eine ungleiche Beleuchtung dieser Zellen hervor, wodurch ein Ausgangssignal entsteht. Solange sich der Winkel der Abweichung in sehr kleinen Grenzen hält, z. B. in der Größenordnung von einigen Bogensekunden, werden nur die Zellen 29 bis 32 erregt, sobald aber der Winkel der Abweichung auf einige Bogenminuten anwächst, werden beide Zellgruppen beeinflußt, weil das von der Linse 12 übertragene Bild sich nicht mehr in der Achse der Öffnung 21 befindet. Ein Teil der Energie des Lichtbündels wird von einigen Zellen der Zellgruppe 17 bis 20 absorbiert. Bei noch größeren Ablenkungswinkeln, die z. B. von 10 Bogenminuten bis zur oberen Grenze der Anlage, nämlich z. B. 10 Grad, gehen, wird folglich die gesamte einfallende Lichtenergie von den Zellen der Gruppe 17 bis 20 aufgefangen.

In F i g. 4 wird gezeigt, wie die Zellen der beiden Gruppen elektrisch untereinander verbunden sind, um zwei Stromkreise zu erreichen, mit denen die Lage des Fahrzeugs um die Achsen X bzw. Y gesteuert wird. Im ersten Stromkreis sind einerseits die

Zellen 17 und 30 und andererseits die Zellen 19 und 32 miteinander additiv und parallel verbunden, aber diese beiden Zellgruppen sind subtraktiv parallel aneinander angeschlossen. Die vier Zellen 17, 30, 32, 19 stellen daher einen ersten Steuerkreis dar. Die Ausgangssignale werden zwischen den Kontakten 38 und 39 des Anschlusses 44 von F i g. 1 abgenommen und z. B. nach Verstärkung an ein Steuerrad 72 geleitet, das das Verhalten des Fahrzeugs bezüglich der Achse X-Y verändern kann. Analog sind im zweiten Stromkreis die Zellen 20 und 31 einerseits und die Zellen 18 und 29 andererseits parallel und additiv miteinander verbunden, aber auch diese beiden Zellgruppen sind parallel und subtraktiv aneinander angeschlossen. Die vier Zellen 20, 31, 29 und 18 stellen einen zweiten Steuerkreis dar. Die Ausgangssignale werden zwischen den Kontakten 40 und 41 abgenommen und nach Verstärkung an ein Steuerrad 111 geleitet, das die Lage des Fahrzeugs bezüglich der Achse Y-Y verändern kann.

F i g. 5 stellt die Intensitätsänderung der Ausgangssignale im Stromkreis der Fig. 4 für die Lagensteuerung des Fahrzeugs im Verhältnis zur Achse X-X als Funktion des Ablenkungswinkels der Lichtstrahlen bezüglich der Achse Z-Z dar. Für den zweiten Kreis der F i g. 4 könnte für die Achse Y-Y eine entsprechende Kurve aufgezeichnet werden. Die Linie A-A in F i g. 5 entspricht einem verhältnismäßig großen Ablenkungswinkel, der in F i g. 3 dem Pfeil 23 A entspricht, d. h. einer Abweichung in der Größenordnung von 10 Grad in Richtung des negativen Teils der Z-Achse. Die ß-5-Linie entspricht einem verhältnismäßig geringen Ablenkungswinkel in der Größenordnung von 10 Bogenminuten in derselben Richtung wie zuvor.

Den Linien D-D und C-C entsprechen symmetrische Abweichungen in bezug auf die Ebene, die die Geraden YY und ZZ enthält. Die Linie D-D stellt Lichtstrahlen dar, die parallel dem Pfeil 23 B der Fig. 3 verlaufen. Diese Kurve zeigt, daß bei verhältnismäßig großen Ablenkungswinkeln, die in den Grenzen der Anlage liegen, das Ausgangssignal eine im wesentlichen konstante Amplitude hat, wobei nur eine dsr Zellen der Gruppe 17 bis 20 von dem einfallenden Lichtbündel getroffen wird. Bei geringen Werten des Ablenkungswinkels wird zumindest eine Zelle in jeder der beiden Gruppen beeinflußt; so werden z. B. die Zellen 17 und 30 wenigstens teilweise von Licht getroffen, und die Amplitude des Ausgangssignals ändert sich linear mit dem Winkel der Abweichung. Es ist daher besonders einfach, die Lage des Raumfahrzeugs mit großer Präzision um seine Achse X-X bzw. Y-Y zu verändern, um die Achse Z-Z in die Richtung der Lichtstrahlen zu bringen. Die Einstellungen, die sich an der Anlage vornehmen lassen, insbesondere die Nulleinstellung vor der Inbetriebnahme, verhindern zahlreiche Fehlerquellen, die sich in nicht behebbarer Weise in Anlagen mit nichtjustierbaren Teilen auswirken können.

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Claims

Patentansprüche:

1. Auf Licht ansprechende Vorrichtung mit einer Vielzahl von fotoelektrischen Elementen, deren Ausgangssignale dazu benutzt werden, die Lage eines Raumfahrzeugs bezüglich einer Bezügsrichtung zu verändern, die durch die Mitte der Vorrichtung und der Lichtquelle, z.B. der Sonne, geht, deren Lichtstrahlen die fotoelektrischen Elemente beeinflussen müssen, mit einer ersten Gruppe von untereinander identischen fotoelektrischen Elementen, die ebene fotoelektrische Flächen haben und regelmäßig um eine Öffnung herum verteilt sind, die genau in der Symmetrieachse der Vorrichtung liegt, die eine Bezugsachse für das Raumfahrzeug ist, wobei jedem Quadranten bestimmte Elemente zugeordnet sind, und mit einer zweiten Gruppe von vier untereinander identischen fotoelektrischen Elementen, die auf einer ebenen, zur Symmetrieachse senkrechten, Befestigungsfläche angebracht sind und ebenfalls regelmäßig um die Symmetrieachse so angeordnet sind, daß jedes Element einen der vier Quadranten einer geschlossenen Fläche einfachster Form darstellt, und innerhalb der einzelnen Gruppen die diametral gegenüberliegenden Quadranten zugeordneten Elemente elektrisch gleichpolig miteinander verbunden sind sowie jeweils ein und demselben Quadranten entsprechende Elemente der ersten und der zweiten Gruppe elektrisch gegenpolig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von fotoelektrischen Elementen aus vier der zweiten Gruppe identischen in einer verstellbaren Ebene (15) liegenden Elementen (17 bis 20) besteht, daß die Ebene (27) in der die fotoelektrischen Elemente (29 bis 32) der zweiten Gruppe angeordnet sind, ebenfalls verstellbar ist und daß eine erste Linse (12) ein erstes Bild (34) von der Lichtquelle praktisch zwischen den beiden Ebenen entwirft und eine verstellbare zweite Linse (22) ein zweites Bild (36) des ersten Bildes liefert, das in der Ebene (27) auffangbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Elemente (29 bis 32) der zweiten Gruppe auf einer Scheibe (27) befestigt sind, die mit einem Sockel (27 A) in einen Haltering (26) ragt, und daß die Stellung der Scheibe (27) bezüglich des Rings (28) und/oder des Rings (28) bezüglich des Halterings (26) verstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (26) entlang der Symmetrieachse (Z) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Elemente (17 bis 22) der ersten Gruppe auf einer ringförmigen Scheibe (15) mit einem hohlen Sockel befestigt sind, welcher in einen Ring (16) eingreift, dessen hohler Sockel seinerseits in einen Haltering (14) eingreift, und daß die Stellung der ringförmigen Scheibe bezüglich des Rings und/oder des Rings bezüglich des Halterings (14) verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (14) entlang der Symmetrieachse (Z) verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse (22) an einer ringförmigen Scheibe (24) sitzt, die entlang der Symmetrieachse (Z) verschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Elemente der beiden Gruppen und die

öffnung (21) so ausgebildet sind, daß die elektrischen Ausgangssignale bei einem Winkel unter 10 Bogenminuten zwischen dem Lichtstrahl und der Symmetrieachse sich im wesentlichen linear ändern.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (21) kreisförmig ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der

fotoelektrischen Elemente der zweiten Gruppe gleich der Zahl der fotoelektrischen Elemente der ersten Gruppe ist und die Symmetrieebenen der beiden Gruppen übereinstimmen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromkreis (17, 30, 32, 19 und 20, 31, 29,18) mit einer Steueranlage, z. B. einem Verstärker und einem Steuerrad (72, 111), verbunden ist, um das Fahrzeug in die Bezugsachse zu steuern.

Hierzu. 1 Blatt Zeichnungen COPY

00" 531 '93