本發(fā)明涉及一種用于無接觸地光學(xué)確定彈頭通過目標(biāo)面的穿透位置的測(cè)量框架。此外，本發(fā)明也涉及一種配屬的測(cè)量和分析方法。此外，本發(fā)明涉及一種顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)使用至少一個(gè)這樣的測(cè)量框架。

背景技術(shù)：
長久以來，在運(yùn)動(dòng)射擊領(lǐng)域中且在形成保護(hù)時(shí)使用測(cè)量框架，該測(cè)量框架在無接觸的光柵技術(shù)的幫助下確定穿透位置。在這樣的光學(xué)測(cè)量方法中，飛穿測(cè)量框架的彈頭在紅外光柵的幫助下不接觸地被測(cè)量。在此，單個(gè)紅外光柵由發(fā)射成束光束形式的紅外線的紅外發(fā)射器以及對(duì)置于紅外發(fā)射器的且測(cè)量入射紅外光束亮度的紅外接收器構(gòu)成。根據(jù)測(cè)量框架的大小，構(gòu)建至500個(gè)獨(dú)立光柵，該獨(dú)立光柵以固定網(wǎng)格的形式被布置在框架的內(nèi)側(cè)處。單個(gè)光柵的紅外發(fā)射器在框架內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)的光幕。若彈頭飛穿該光幕，則既在測(cè)量框架的水平X軸線上又在豎直Y軸線上部分地或完全地中斷多個(gè)光柵。該解決方案的優(yōu)點(diǎn)一方面在于無損耗性，因?yàn)椴簧婕爸T如紙或橡膠帶的消耗材料。另一方面，使用光學(xué)測(cè)量框架具有高測(cè)量精度的優(yōu)點(diǎn)，且更不易受污染和溫度波動(dòng)影響。例如在DE4115995A1或EP034284A1中已知這樣的線性測(cè)量框架。在US20120194802A1中已知一種組合的測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置使用用于覆蓋最內(nèi)目標(biāo)區(qū)域的兩個(gè)交叉的光學(xué)光柵以及用于確定外部區(qū)域中的穿透位置的聲學(xué)方法。在此，使用被布置在圓弧段上的一行光接收器，從而在圓弧的各點(diǎn)處確定由對(duì)置的光發(fā)生器射出的輻射強(qiáng)度。根據(jù)不同的亮度值確定穿透位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
當(dāng)然總存在對(duì)具有更高精度的且更耐用的測(cè)量框架需求，其可成本有利地制造，且完全舍棄諸如聲學(xué)薄膜的損耗材料，然而在此仍保持針對(duì)這樣的測(cè)量框架的最大可靠尺寸。該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利擴(kuò)展方案為從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。在此本發(fā)明基于下述思路，即，用于無接觸地光學(xué)確定彈頭通過目標(biāo)面的穿透位置的測(cè)量框架具有用于發(fā)射發(fā)散輻射場的至少一個(gè)輻射源以及用于發(fā)射第二發(fā)散輻射場的第二輻射源。第一和第二輻射場在垂直于穿透方向的平面中交叉成角。至少一個(gè)第一光學(xué)接收器裝置和至少一個(gè)第二光學(xué)接收器裝置分別配設(shè)于所述第一輻射源和第二輻射源，接收所發(fā)射的輻射且分析該輻射。特別地，光學(xué)接收器裝置中的每個(gè)具有光學(xué)接收器元件陣列，該光學(xué)接收器元件這樣被分析，使得確定由于待探測(cè)彈頭的空間擴(kuò)展遮光位置。特別地，光學(xué)接收器元件被布置在至少兩行中，且一行接收器元件相對(duì)于相鄰行的接收器元件錯(cuò)位地被布置。有利地，在根據(jù)本發(fā)明的裝置的幫助下執(zhí)行分析方法，該方法使用在確定的遮光位置的邊界和相應(yīng)被發(fā)射的輻射源的位置的情況下，計(jì)算與被探測(cè)彈頭的切線。在這樣的分析方法的幫助下，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際提高的精確度，且除了穿透位置，即，彈頭的中心的位置，也可確定相應(yīng)的口徑，即，彈頭的大小。在此，例如發(fā)光二極管、發(fā)射紅外線輻射的LED、或諸如VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)的激光二極管合適作為輻射源，在其中激光輻射垂直于半導(dǎo)體芯片的面被輻射。例如光電二極管用于作為探測(cè)件。然而當(dāng)然也可使用所有其他的合適傳感器技術(shù)，例如光電晶體管。為了保持光程相對(duì)較短且由此保持測(cè)量框架的總尺寸較小，接收器側(cè)上的遮光位置的分辨率必須特別短，且對(duì)于具有多個(gè)輻射場的裝置必須確保非配屬的輻射源不發(fā)生串?dāng)_。為了實(shí)現(xiàn)這樣高分辨率的裝置，可根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利擴(kuò)展方案設(shè)置有板裝置。在此，一方面可在輻射源的附近直接布置一個(gè)或多個(gè)板，從而相應(yīng)地在射線達(dá)到測(cè)量區(qū)之前對(duì)發(fā)散的射線進(jìn)行成形。另一方面可在接收器元件的附近直接設(shè)置板，從而限制出現(xiàn)到接收器元件上的輻射，然后其橫穿測(cè)量區(qū)域。通過結(jié)合該板技術(shù)實(shí)現(xiàn)特別高的精確度，使得既在輻射源之前也在接收器元件之前設(shè)置相應(yīng)的板裝置。下述情況下可通過特別簡單和有效的方式實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量框架，即，當(dāng)?shù)谝缓偷诙椛湓磁c配屬的第一和第二接收器單元被布置使得被射出的輻射場的中軸線基本直角交叉時(shí)。除了簡單的機(jī)械實(shí)現(xiàn)該裝置之外，通過該裝置對(duì)切線的幾何計(jì)算也是特別簡單的，因?yàn)闇y(cè)量框架可被理解為笛卡爾坐標(biāo)的第一象限。為了測(cè)量的精確性和擴(kuò)展可獲取的測(cè)量區(qū)域，可設(shè)置多個(gè)輻射源和相配的接收器裝置。在此，下述情況是特別有利的，即，當(dāng)基本矩形限制目標(biāo)面的測(cè)量框架通過四個(gè)基本同樣構(gòu)建的測(cè)量邊形成時(shí)，測(cè)量邊沿著矩形邊界的邊緣被布置。這表示，測(cè)量框架的每個(gè)邊緣承載輻射源和接收器裝置，使得整個(gè)目標(biāo)面被多個(gè)交叉的發(fā)散輻射場覆蓋。在根據(jù)本發(fā)明的分析方法中，原理上可計(jì)算與飛穿的彈頭的四條切線。然而，為了明確地確定穿透位置，僅需要計(jì)算三條切線。由此，在計(jì)算四條切線的情況下存在冗余，其可用于針對(duì)測(cè)量結(jié)果的可信性檢查。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置提供下述可能性，即，進(jìn)行校準(zhǔn)步驟。在此，輻射源中的至少一個(gè)短時(shí)間被關(guān)斷，且在配屬的接收器單元處確定照亮與非照亮狀態(tài)之間的輻射強(qiáng)度差值，且從中計(jì)算出校準(zhǔn)因子。該校準(zhǔn)值例如可在每次測(cè)量之后重新被確定。通過該方式以下述方式可確定例如通過在運(yùn)行期間的污染導(dǎo)致的光變化，即，比較所測(cè)量的差值與閥值。當(dāng)?shù)陀谠撻撝?，即，?dāng)被發(fā)射的輻射強(qiáng)度不再符合要求時(shí)，產(chǎn)生警告。在例如由于污染而導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤之前，用戶可及時(shí)通過測(cè)量框架的緊急狀態(tài)被通知。在根據(jù)本發(fā)明的方法的幫助下，在沒有額外成本地情況下，除了穿透位置還可計(jì)算飛穿測(cè)量框架的彈頭的口徑。這同樣可考慮用于可信性檢查。附圖說明為更好地理解本發(fā)明，借助下文中的附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。在此，相同的部分具有相同的參考標(biāo)記。此外，所示的且描述的不同實(shí)施方式中的單個(gè)特征或特征組合也可呈現(xiàn)為單獨(dú)的、具有獨(dú)創(chuàng)性的或根據(jù)本發(fā)明的解決方案。附圖中：圖1示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量框架的透視圖；圖2示出圖1的測(cè)量框架的俯視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量框架的部分打開的細(xì)節(jié)圖；圖4示出板裝置的俯視圖；圖5示出圖4中的細(xì)節(jié)；圖6示出圖4中的另一細(xì)節(jié)；圖7示出另一板裝置；圖8示出圖7中的細(xì)節(jié)；圖9示出圖7中的另一細(xì)節(jié)；圖10示出圖7中的又一細(xì)節(jié)；圖11示出第三板裝置的俯視圖；圖12示出圖11中的細(xì)節(jié)；圖13示出圖11中的另一細(xì)節(jié)；圖14示出另一板裝置；圖15示出另一板裝置；圖16示出另一板裝置；圖17示出板裝置中的第一輻射體的工作方式的原理圖；圖18示出板裝置中的第二輻射體的工作方式的示意圖；圖19示出在接收側(cè)上出現(xiàn)的光束的示意圖；圖20示出接收側(cè)的板的工作方式的示意圖；圖21示出圖20中的布置的翻轉(zhuǎn)圖；圖22示出接收器裝置的以及最近位于其中的板裝置的示意圖；圖23示出計(jì)算基礎(chǔ)的示意圖；圖24示出具有虛擬光柵的測(cè)量區(qū)的示意圖，該虛擬光柵用于計(jì)算；圖25示出假設(shè)彈頭飛穿目標(biāo)面的情況下的圖24中的細(xì)節(jié)；圖26示出圖25中的細(xì)節(jié)；圖27示出在彈頭遮光時(shí)在接收器附近的板裝置的細(xì)節(jié)；圖28示出在球飛穿情況下接收器元件陣列的俯視圖；圖29示出計(jì)算基礎(chǔ)的圖解，用于確定與彈頭的切線。具體實(shí)施方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施方式的測(cè)量框架100的透視圖。在所示的實(shí)施方式中，測(cè)量框架被構(gòu)建成基本方形的，且圍繞同樣基本方形的目標(biāo)面102，待探測(cè)的彈頭飛穿該目標(biāo)面。如這在以下附圖中還清楚看到的那樣，從測(cè)量框架邊104、106、108和110的每個(gè)中穿出發(fā)散的輻射場，該輻射場轟擊到分別對(duì)置的測(cè)量框架邊上。由此，分別相互垂直的測(cè)量框架邊的輻射場交叉成直角。測(cè)量邊104至110中的每個(gè)既具有輻射源也具有光學(xué)接收器裝置。在圖1中僅可看到用于下方布置的接收器裝置的最外板開口。板陣列112因?yàn)橄拗粕浯﹨^(qū)域102還被諸如亞克力玻璃板的透明覆蓋護(hù)板覆蓋。在圖1中，還可看到配屬的保持部114。圖2以俯視圖示出圖1中的測(cè)量框架100。在圖2中示意性地示出兩個(gè)發(fā)散的輻射場116的曲線，該輻射場在目標(biāo)面102中交叉。因?yàn)楝F(xiàn)在測(cè)量框架邊中的每個(gè)相應(yīng)地配備有輻射源和接收器裝置，整個(gè)目標(biāo)面可由發(fā)散的輻射場116覆蓋。在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中，目標(biāo)面的中心Z明確通過機(jī)械方式固定。例如在紅外區(qū)域發(fā)光的發(fā)光二極管(LED)合適作為輻射源。然而當(dāng)然也可使用諸如激光二極管等的其他輻射源。匹配輻射源的各所用類型地選擇相應(yīng)的接收器裝置。這例如可以是光電二極管或光電晶體管。根據(jù)本發(fā)明，在測(cè)量框架邊(Messrahmenleisten)104、106、108、110中的每個(gè)處布置多個(gè)板條(Blendenleisten)。在此，板條中的每個(gè)包括：用于在被布置在輻射源附近的直接位置處對(duì)被射出的輻射進(jìn)行成形的板孔；以及用于在直接位于接收器元件之上的位置處聚焦入射到接收器上的輻射的板孔。圖3示出板條的布置的部分視圖。根據(jù)本發(fā)明存在兩種類型的板條，即，一種為例如被布置在右下方的板條，另一種為被安裝在左上方的板條。通過該方式確保，兩個(gè)不同的板條分別相互對(duì)置，使得從輻射源射出的輻射在對(duì)置的測(cè)量框架邊處轟擊配屬的接收器元件。在圖3中示出一個(gè)實(shí)施方式，在其中設(shè)置三個(gè)第一板條118、118'和118"。在此，板條118、118'、118"中的每個(gè)具有板孔(Lochblenden)，用于成形發(fā)射出的輻射場且用于在通過目標(biāo)面之后覆蓋待接收的輻射。這如在以下附圖中清晰看到的那樣，緊靠目標(biāo)面102的板條118具有長板孔124，用于在輻射場進(jìn)入目標(biāo)面之前對(duì)輻射場116進(jìn)行成形。此外，板條118針對(duì)從對(duì)置的測(cè)量框架邊入射的輻射場具有圓形板孔，該圓形板孔限制轟擊到接收器元件上的輻射(參考標(biāo)記126)。距第一板條118一定距離地布置另一板條118'，該另一板條一方面具有更窄限制的板孔126'用于限制入射的輻射，且另一方面具有略小尺寸的長板孔124'用于成形射出的輻射。直接在未示出的在其上安裝LED和光電二極管的電路載體上布置第三板條118"。現(xiàn)在這里在圖3中僅可看到接收器板孔126"的陣列，因?yàn)闉榱似帘尾黄谕纳⑸渫ㄟ^位于測(cè)量框架邊中的輻射源設(shè)置隔板128。相應(yīng)的第二板條119、119'和119"通過發(fā)射器板和接收器板的位置而不同于第一板條118、118'、118"。其選擇成使得確保與分別直接對(duì)置的接收器元件的直線的相互作用。然而，出于對(duì)稱原因接收器板孔和發(fā)射器板孔的尺寸被選擇成相同的。圖4至6相應(yīng)的示出外第二板119，該外第二板直接鄰接目標(biāo)面102。根據(jù)本實(shí)施方式，在該測(cè)量框架邊處總共設(shè)置六個(gè)輻射源，使得板條119相應(yīng)地具有六個(gè)長板孔124。根據(jù)所述附圖的具體實(shí)施方式，接收器裝置具有接收器元件陣列32，使得針對(duì)每個(gè)接收器元件陣列在視覺上與板條119中的接收器元件成行地設(shè)置接收器板孔126的陣列32。為了改進(jìn)分辨率和精確度，特別布置兩行接收器元件，使得其分別相互錯(cuò)位，如在圖6中清楚看到的那樣。在圖7至10中示出更靠近具有輻射源和接收器元件的電路板的中間第二板條119'。在此，接收器板孔126'的直徑例如被選擇成與接收器板孔126的直徑相同。然而當(dāng)然也可以選擇另一直徑。然而，用于被射出的射線的長板孔124'與圖4至6中的長板孔124相比具有不同的形狀。例如，該長板孔124'可具有與外板孔124相同的半徑，然而具有更短的延伸。根據(jù)本發(fā)明，通過將被射出的射線的限制于更小的區(qū)域上，可實(shí)現(xiàn)所使用的輻射的明顯均勻化，尤其測(cè)量錯(cuò)誤更小，且簡化分析。最后，圖11至13示出最內(nèi)的第二板條119"。該板條具有真正的構(gòu)件最小的距離，且具有圓形發(fā)射器板124"從而首先成形被射出的輻射場。每個(gè)接收器元件配設(shè)有一個(gè)接收器板孔126"，該接收器板孔具有帶有圓形化角的基本矩形的設(shè)計(jì)。這樣的矩形設(shè)計(jì)方案使得可以特別有效地使用至此入射的輻射，因?yàn)榫匦蔚慕邮掌靼蹇?26"基本上對(duì)應(yīng)于其下的接收器元件的外輪廓。圖14至16示出相應(yīng)的第一板條118、118'和118"，該第一板條被置于分別對(duì)置的測(cè)量框架邊處，使得接收器元件的陣列分別對(duì)置于輻射源。除此之外，發(fā)送器板孔和接收器板孔的尺寸和形狀是相同的。這具有下述優(yōu)點(diǎn)，即，可以統(tǒng)一用于制造板條的沖孔工具。下文中，參考圖17至22詳細(xì)描述在發(fā)射和探測(cè)時(shí)對(duì)輻射的引導(dǎo)。圖17示出長板孔124'的作用。特別地，在長板孔124'的幫助下，從諸如LED的輻射源120的球形輻射場116中切出縱向?qū)嶋H減小的區(qū)域。通過前述的該限制，離開長板孔124的輻射的均勻性提高?？勺⒁獾降氖?，在圖17中未示出圓形的板124"，從而提高清晰性。在圖17中，板孔的位置也可與輻射源120的位置相同。圖18以概要地方式示出兩個(gè)長板孔124'和124的工作方式，這兩個(gè)長板孔相互間隔使得較大的長板孔124不會(huì)去除輻射的主要部分，而僅成形邊緣區(qū)域且減少散射。如在圖19中所示的那樣，良好限定的發(fā)散輻射場116匯聚到分別對(duì)置的測(cè)量邊上，即，相應(yīng)地匯聚到分別不同的板條119或118上。如可在圖20和21的兩個(gè)細(xì)節(jié)圖中看到的那樣，接收器板孔126和126'影響向下到達(dá)接收器元件的輻射的成形，且特別已經(jīng)明顯減少入射到不屬于直接對(duì)置的輻射源的接收器元件的輻射。通過實(shí)際非配設(shè)的板孔對(duì)輻射的該阻斷通過升高的入射角而建立，來自非配設(shè)的輻射源的輻射在該角度下入射。接下來，圖22示出最內(nèi)板孔126"的功能?？煽吹降氖?，散射122不再通過矩形板孔126"到達(dá)接收器元件被布置在其上的電路載體130。由此，針對(duì)計(jì)算分析，目標(biāo)面102可被單一虛擬光柵132嵌入地呈現(xiàn)，如這在用于解釋計(jì)算原理的以下附圖中所示的那樣。當(dāng)然可保持的是，在純物理方面，目標(biāo)面102總是由連續(xù)的輻射錐穿透。為了分析，僅考慮以下示出的虛擬光柵132。圖25示出彈頭134飛穿通過目標(biāo)面102時(shí)的情況。對(duì)于在此所例示的彈頭134的口徑，中斷三個(gè)虛擬光柵132。換而言之，未照射三個(gè)接收器元件。根據(jù)彈頭134的穿透位置和口徑，光柵可完全也可部分地被中斷，如這在圖26中所示的那樣。圖27示出矩形接收器板孔126"的區(qū)域的透視圖，且可以看到，在圖25中所示情況下，三個(gè)接收器元件完全未被照射，而第四接收器元件僅接收部分射線，且由此測(cè)量減弱的強(qiáng)度。為了說明接收器元件136的布置，在圖28的視圖中去除了圖28的板條119"。在參考至此的所有附圖和增加圖29的情況下，在下文中詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的分析。如所述的那樣，測(cè)量區(qū)由單個(gè)的基本三角形的光場構(gòu)成。單個(gè)場具有光源120，該光源光輻射到陣列形式的光敏傳感器上。為了可以精確地測(cè)量彈頭134在輻射場116中的陰影，板如所述地安裝在傳感器之前且在輻射源之前。所述板作用使得連續(xù)的輻射場116被虛擬光柵分成數(shù)個(gè)。這在本實(shí)施方式中例如為每接收器陣列32個(gè)。每個(gè)接收器元件的所確定的測(cè)量值例如被分成直至220級(jí)。如前所述的那樣，通過環(huán)境光、特別通過鄰近輻射源的輻射對(duì)測(cè)量值的不期望的影響通過所設(shè)置的板阻止。在根據(jù)本發(fā)明的分析模型中，對(duì)應(yīng)于目標(biāo)面102的測(cè)量面被呈現(xiàn)為笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的第一象限。如在圖29中所示的那樣，在分別對(duì)置于輻射源的一側(cè)上確定陰影的邊界點(diǎn)。在機(jī)械方面預(yù)設(shè)且已知分別配屬的輻射源120的坐標(biāo)，且因此通過同時(shí)是與彈頭134的切線的兩條直線138可確定陰影的邊界。因?yàn)樵谟蓛蓚€(gè)不同的輻射源120構(gòu)成的兩個(gè)相互交叉的輻射場116的幫助下實(shí)現(xiàn)測(cè)量，總共得到四條切線138，彈頭134必須位于其之間。四個(gè)直線138的交叉點(diǎn)呈現(xiàn)為切線四邊形的角點(diǎn)。此外，各直線對(duì)的角平分線的交叉點(diǎn)為待測(cè)量彈頭的中間點(diǎn)，且由此為所尋找的穿透位置。此外，可借助于簡單的三角函數(shù)計(jì)算從切線中導(dǎo)出彈頭的直徑，即口徑(Kaliber)。因?yàn)閳A形清楚地通過三個(gè)位于其上的切線的接觸點(diǎn)描述，可通過根據(jù)本發(fā)明的分析方法實(shí)現(xiàn)可信性檢查，因此所測(cè)量的第四切線表示冗余信息。為了獲得最佳的測(cè)量值，輻射源中的一個(gè)可短時(shí)間切斷，例如大約200μs。由此出現(xiàn)輻射變化，該輻射變化對(duì)應(yīng)于對(duì)置的接收器元件的完完全全的陰影。通過該校準(zhǔn)步驟確定的值可用于校準(zhǔn)測(cè)量框架。例如在每次測(cè)量之后在校準(zhǔn)值的幫助下再次校準(zhǔn)。此外，例如通過污染而出現(xiàn)的輻射強(qiáng)度變化也可在運(yùn)行期間被檢測(cè)。特別地，可在每次測(cè)量之后直接通過例如輻射源的順序切斷而檢測(cè)測(cè)量區(qū)的質(zhì)量。產(chǎn)生新的校準(zhǔn)值，且通過下述方式從其中和之前的校準(zhǔn)值中可計(jì)算校準(zhǔn)因子，即，新值除以前一校準(zhǔn)值。所述校準(zhǔn)因子可一方面用于盡可能精確地確定彈頭134的位置。然而另一方面，借助所述因子也可確定輻射強(qiáng)度的變化，且用于盡可能早地通知用戶測(cè)量框架的惡化狀態(tài)。例如可進(jìn)行閾值比較，從而確定光強(qiáng)度的允許減弱為多少。通過根據(jù)本發(fā)明的分析和所述測(cè)量框架可研發(fā)射穿顯示系統(tǒng)，其可靠地、成本有利地且最準(zhǔn)確地確定和顯示穿透位置。此外，保持根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量框架的尺寸在最低限度，使得對(duì)于所有競賽許可所要求的最大尺寸可被保持在目標(biāo)盤中心至相鄰目標(biāo)盤中心之間。例如，在500mm的目標(biāo)盤直徑的情況下(距離25m)，兩個(gè)目標(biāo)盤之間的中心-中心-距離可保持為750mm。該最大尺寸為對(duì)于ISSF(國際射擊運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì))許可所要求的，用于在奧林匹克項(xiàng)目“速射”中的測(cè)量。