Oftmals ist es wünschenswert die Flugbahn und genaue Bewegung eines Objektes analysieren zu können. Beispielsweise werden im Sportbereich Analysen von Bewegungsabläufen, insbesondere unter Einsatz modernster Technik immer stärker nachgefragt. So finden heutzutage bereits im großen Maße Videoanalysen statt, bei de- nen beispielsweise der zu analysierende Schlag eines Tennis- oder Golfspielers auf Band aufgezeichnet wird und anschließend von einem Sportkundigen durch Abspielen des Bandes in Zeitlupe analysiert wird. Aufgrund der zweidimensionalen Aufzeichnung eines in drei Dimensionen stattfindenden Bewegungsablaufs ist es jedoch schwierig, genaue Analysen erstellen zu können.

So sind aus dem Stand der Technik bereits einige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen die Position und Orientierung eines Objektes bestimmt werden kann.

Die Druckschrift EP 0 704 715 Al zeigt beispielsweise ein por- tables System für die Bestimmung. der Anfangsflugbahn eines Golfballes, Basketballes, Fußballes, etc. Hierzu sind auf dem Objekt mehrere reflektierende oder kontrastreiche Flächenmar- kierungen aufgebracht. Diese Flächenmarkierungen werden von ei- ner oder zwei Kameras aufgenommen, indem eine Kamerablende syn- chron mit dem Aussenden eines Blitzlichtes geöffnet wird. Somit zeichnet die Kamera also ein Lichtmuster aller sichtbaren Flä- chenmarkierungen in Form von Momentaufnahmen auf. Die Position und Orientierung des Golfballes wird anschließend aus den er- haltenen zweidimensionalen Kameradaten der Flächenmarkierungen und Kalibrierungsdaten bestimmt. Die Kalibrierungsdaten werden vor Inbetriebnahme des Systems durch Aufzeichnen von 20 Flä-

chenmarkierungen eines Objektes, dessen Position und Orientie- rung bekannt ist, sowie der Brennweite, Orientierung und Posi- tion der Kamera bestimmt. Von der Kamera wird lediglich das von beispielsweise 6 Markierungen stammende Lichtmuster aufgezeich- net, das somit 6 voneinander ununterscheidbare Lichtflecke zeigt. Die Auswerteelektronik muß schließlich jedem aufgezeich- neten Lichtfleck die zugehörige Markierung auf dem Golfball (z. B. unter Analyse des zuvor aufgenommen Lichtmusters und ei- ner Bewegungsvorhersage) zuordnen. Dies ist solange möglich, solange sich die Lichtflecke von Aufnahme zu Aufnahme nur wenig auf der Kameraaufnahmefläche verschieben (wenn der Zeitraum zwischen den Aufnahmen zu groß ist, ist eine solche Zuordnung nicht mehr eindeutig möglich) und die Bewegungsfreiheitsgrade des Objektes, insbesondere hinsichtlich einer Verformung des- selben, nicht zu groß sind.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren und die zugehörige Vor- richtung derart weiterzuentwickeln, daß die Positions-, Orien- tierungs-und/oder Verformungsbestimmung, insbesondere unabhän- gig von der Aufnahmegeschwindigkeit und der Bewegungsfreiheits- grade, eindeutig wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe jeweils mit den Gegenständen der Ansprüche 1 und 14. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist ein Verfahren zum Bestimmen der Position, Orientie- rung und/oder Verformung eines, insbesondere sich bewegenden Objektes geschaffen, bei welchem von einem oder mehreren an dem Objekt angeordneten Signalgebern elektromagnetische Signale ausgesendet werden, wobei die Signalgeber derart gesteuert wer- den, daß die einzelnen Signale voneinander unterscheidbar sind, diese Signale auf wenigstens einen zweidimensional auflösenden Lagedetektor projiziert und dort in zweidimensionale Lagekoor- dinaten umgewandelt werden und aus den Lagekoordinaten die Po- sition, Orientierung und/oder Verformung des (sich bewegenden) Objektes bestimmt wird. Vorteilhaft wird die Positions-, Orien- tierungs-und/oder Verformungsbestimmung mit der zusätzlichen

Kennzeichnung jedes Signals erstens erleichtert, da keine ent- sprechenden mathematischen Identifikationsverfahren erforder- lich sind, und zweitens eindeutig (siehe oben). Hierbei können bei einer einfachen möglichen Kennzeichnungsvariante die Si- gnalgeber Lichtsignale auf unterschiedlichen Frequenzen aussen- den, wobei der Lagedetektor oder ein zusätzlich bei dem Lagede- tektor angeordneter Detektor die jeweiligen Frequenzen identi- fizieren kann. Zudem können mehrere Lagedetektoren, für jede Frequenz ein Lagedetektor, eingesetzt werden, die beispielswei- se Filter vor ihrer Aufnahmefläche haben und somit frequenzse- lektiv arbeiten. Diese einfache Kennzeichnung wird erstmals möglich, da bei der Erfindung-im Gegensatz zum oben beschrie- benen Stand der Technik-aktiv leuchtende Signalgeber anstelle von passiven Reflektoren verwendet werden. Je nach Zahl der Translations-, Rotations-und Verformungsfreiheitsgrade des Ob- jektes sowie der Anzahl an Lagedetektoren ist eine bestimmte Mindestzahl der am Objekt vorgesehenen Signalgebern erforder- lich. DiesebSignalgebern können zu Gruppen zusammengefaßt wer- den und an verschiedenen Orten am Objekt angebracht werden.

Insbesondere werden solche Gruppen an Stellen des Objektes an- gebracht, die sich zu anderen Stellen des Objektes bewegen kön- nen. Umfaßt das Objekt beispielsweise ein Schwenkgelenk, so kann je eine Gruppe an Signalgebern an einem Schwenkarm des Schwenkgelenks starr angebracht werden, wobei jede Gruppe ab- hängig von den Translations-und Rotationsfreiheitsgraden des jeweiligen Schwenkarms eine bestimmte Anzahl an Signalgebern umfaßt.

Bevorzugt wird das Aussenden der Signale von den Signalgebern derart gesteuert, daß die Signale beim Lagedetektor zeitlich nacheinander. in entsprechenden Zeitfenstern eintreffen. Somit muß nicht zwingend ein frequenzauflösender Lagedetektor einge- setzt werden, da mit einer entsprechenden Steuerschaltung bei den Signalgebern und einer entsprechenden Auswerteschaltung beim Lagedetektor (die untereinander synchronisiert sind) zu jedem Zeitpunkt feststeht, welcher Signalgeber gesendet hat.

Vorteilhaft kann auch ein sogenannter PSD-Detektor (position sensitive detector) verwendet werden, der pro Zeitfenster die Koordinaten eines einzigen auf ihn projizierten Lichtfleckes

ausgibt (wenn beispielsweise ein Lichtsignal als elektromagne- tisches Signal verwendet wird). Es können bei dieser Ausfüh- rungsform beispielsweise auch zwei Signalgeber gleichzeitig ih- re Signale aussenden, sofern sich die Signalgeber an zwei ge- genüberliegenden Seiten eines Objektes befinden und der Lagede- tektor somit zu jedem Zeitpunkt nur eines der beiden Signale abhängig von der Orientierung des Objektes empfängt.

Bevorzugt wird zusammen mit jedem Signal eine Zusatzinformation zum Identifizieren des ausgesendeten Signals übertragen. Dies kann die oben bereits angesprochene Frequenz des Signals sein.

Alternativ ist die Zusatzinformation bevorzugt als Codierung in jedem Signal enthalten. Besonders bevorzugt kann die Zusatzin- formation dabei dem jeweiligen Signal aufmoduliert werden. Die Modulation kann eine Frequenz-, Phasen-oder Amplitudenmodula- tion sein. Diese Zusatzinformation kann dabei zusätzlich oder alternativ zu der Maßnahme eingesetzt werden, die Signale in festen Zeitfenstern zu senden. Ersteres erhöht die Identifika- tionssicherheit.

Sollte der Lagedetektor von seiner Verarbeitungsgeschwindigkeit dazu in der Lage sein, kann die codierte bzw. modulierte Zusat- zinformation bevorzugt von dem Lagedetektor direkt decodiert bzw. demoduliert werden. Dies erübrigt eine zusätzliche Emp- fangseinheit. Wird die Frequenz, mit der die einzelnen Signale zeitlich nacheinander gesendet werden, jedoch weiter erhöht (um beispielsweise eine feinere Positionsauflösung auch bei hohen Objektgeschwindigkeiten zu erzielen), so kann es erforderlich werden, die Zusatzinformation bevorzugt von einer separaten Empfangseinheit zu empfangen. Der Lagedetektor beschäftigt sich dann allein mit der Ausgabe der zweidimensionalen Lagekoordina- ten der eintreffenden Signale.

Bevorzugt wird die Zusatzinformation von einem separaten Zusat- zinformation-Sender übertragen, der beispielsweise an dem Ob- jekt angebracht ist. Hierzu kann eine Steuerschaltung am Objekt vorgesehen werden, welche das Senden der einzelnen Signalgeber steuert. Das hierzu verwendete Steuersignal wird dann ebenfalls über den Zusatzinformation-Sender an eine entsprechende mit der

Auswerteschaltung gekoppelte Zusatzinformation-Empfangseinheit übertragen, insbesondere drahtlos, beispielsweise per Funk, Ul- traschall oder optisch.

Bevorzugt wird die Position des sich bewegenden Objektes in Form der drei orthogonalen Koordinaten im Raum und die Orien- tierung in Form der drei orthogonalen Drehwinkel im Raum be- stimmt, wobei hierzu wenigstens sieben Signalgeber verwendet werden. So ist es bereits mit einem Lagedetektor und sieben Si- gnalgebern möglich, die derart starr an einem steifen Objekt angeordnet sind, daß der Lagedetektor ihre Signale in jeder Po- sition und Orientierung des Objektes empfangen kann, die Posi- tion und Orientierung in allen drei Translations-und drei Ro- tationsfreiheitsgraden zu bestimmen. Ist das Objekt in sich nicht steif, sondern beispielsweise über Gelenke verformbar, so kann über entsprechend angeordnete Signalgeber auch die Verfor- mung des Objektes bestimmt werden.

Bevorzugt werden jedoch objektabhängig (d. h. beispielsweise auch bei größeren steifen Objekten) mehr als sieben Signalgeber verwendet, welche so an dem Objekt angeordnet sind, daß in je- der möglichen Position und Orientierung des Objektes immer sie- ben Signale von sieben verschiedenen Signalgebern auf dem zwei- dimensionalen Lagedetektor abgebildet werden.

Bevorzugt sind die elektromagnetischen Signale Infrarot-Licht- signale, welche vorteilhaft erstens eine gute Richtwirkung zei- gen und zweitens nicht so stark vom Umgebungslicht gestört wer- den.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Be- zug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeich- nung zeigen : Fig. 1 in schematischer Ansicht die Anordnung von vier an einem Objekt angebrachten Signalge- bern und eines Lagedetektors mit Optik,

Fig. 2 in schematischer Ansicht ein erstes Beispiel, bei dem zwei Lagedetektoren PSD1 und PSD2 und ein einzelner an dem Objekt angebrachter Si- gnalgeber L verwendet werden, Figur 3 in schematischer Ansicht ein zweites Bei- spiel, bei dem ein Lagedetektor PSD und zwei an dem Objekt angebrachte Signalgeber L1 und L2 verwendet werden, Figur 4 in schematischer Ansicht das zweite Beispiel, bei dem ein Lagedetektor PSD und zwei an dem Objekt angebrachte Signalgeber L1 und L2 ver- wendet werden, jedoch das Objekt im Vergleich zu Figur 3 andere Bewegungsfreiheitsgrade hat, Figuren 6a, b, c schematisch in drei Ansichten in der xyz-, der xz-und der yz-Ebene die Position und Orientierung eines Objektes, dessen Position mit einem Lagedetektor und sieben an dem Ob- jekt angebrachten Signalgebern bestimmt wird.

Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Anordnung von vier an einem (nicht dargestellten) Objekt, beispielsweise einem Golfschlägerkopf, angebrachten Signalgebern A bis C und M, die in einer festen Lage zueinander stehen. Sollten die Signalgeber beweglich zueinander sein, so sollte für die anschließende Aus- wertung zu jedem Auswertezeitpunkt immer die genaue Lage der Signalgeber zueinander bekannt sein. In der Figur 1 sind die Signalgeber A bis C und M an einem eine Signalgebereinheit bil- denden Dreibein angebracht, mit den drei Signalgebern A bis C an den Beinenden und dem Signalgeber M im Zentrum. Diese Si- gnalgeber A bis C und M können auch an beliebigen Positionen eines starren Objektes, d. h. ohne das Dreibein, oder über ein beliebig geformtes Gestell, d. h. anders als das Dreibein, an dem Objekt angebracht sein. Ferner können mehrere solcher Drei- beine mit jeweils vier Signalgebern A bis C und M an verschie- denen Positionen eines Objektes befestigt sein, so daß entweder verschiedene Bewegungen eines Objektes, z. B. die Kopf-, Schul- ter-, Hüft, Arm-, Hand-, Golfschläger-und/oder Beinbewegung eines Golfspielers, oder aber die Bewegung eines Teils eines

größeren Objektes von mehreren Seiten verfolgt werden können.

Im letzteren Fall kann beispielsweise bei einem Objekt, an des- sen Vorderseite und Rückseite je ein solches Dreibein ange- bracht ist, auch bei einer Objektdrehung um 180°, d. h. bei der Vorder-und Rückseite mit Bezug auf einen Beobachtungsstand- punkt vertauscht sind, die Objektbewegung weiter verfolgt wer- den. Umgekehrt kann natürlich bei nur einem Dreibein an der Vorder-oder Rückseite des Objektes die Objektbewegung selbst- verständlich auch von zwei gegenüberliegenden Lagedetektoren (hinter und vor dem Objekt) unabhängig von der Position und Orientierung des Objektes verfolgt werden. Somit hängt es ganz von Ausgestaltung des Objektes an, wo die einzelnen Dreibeine oder Signalgeber bzw. die einzelnen Lagedetektoren angeordnet sein müssen, um alle Objektbewegungen sicher bestimmen zu kön- nen.

Die Signalgeber A bis C und M können beispielsweise einfache in einen Halbraum isotrop ausstrahlende Leuchtdioden sein, insbe- sondere Infrarot-Leuchtdioden. Im übrigen eignen sich aber alle Arten von Signalgebern, welche ein elektromagnetisches, akusti- sches oder optisches Signal aussenden können, sofern ein ent- sprechender Lagedetektor anhand des eintreffenden Signals die Richtung angeben kann, aus welcher das Signals ausgesendet wur- de.

In der Figur 1 ist die sensitive Aufnahmefläche eines solchen zweidimensional auflösenden Lagedetektors 1 gezeigt. Auf diese Aufnahmefläche wird der von den einzelnen Infrarot-Leuchtdioden als Signalgeber A bis C und M ausgesandte Infrarot-Lichtstrahl über eine Projektionslinse 2 projiziert. Der Lagedetektor PSD ist bevorzugt ein PSD-Detektor (position sensitive detector), der unmittelbar die x-und y-Koordinate der Bildpunkte BA bis Bc und BM der jeweiligen Signale der Signalgeber A bis C und M als Lagekoordinaten ausgibt. Der Vorteil dieses Lagedetektors liegt darin, daß bereits detektorintern der Schwerpunkt eines auffallenden Lichtfleckes bestimmt wird und lediglich die x- und y-Koordinaten des Schwerpunkts ausgegeben werden. Ein sol- cher kostengünstiger und in der Auflösung hochgenauer Lagede- tektor kann aber lediglich die Schwerpunktkoordinaten eines

einzigen Lichtfleckes bzw. eines komplizierteren Lichtmusters ausgeben, was jedoch in diesem Fall aus den nachfolgend behan- delten Gründen völlig ausreichend ist.

So werden die optischen Signale der einzelnen Signalgeber A bis C und M nämlich zeitlich nacheinander ausgesendet. Das Aussen- den kann dabei in einer sich periodisch wiederholenden Abfolge fest vorgegebener Zeitfenster erfolgen. Nach einer Periode, bei der alle Signalgeber nacheinander ihr Signal ausgesendet haben, kann eine kurze Pause erfolgen, um den Beginn einer neuen Peri- ode zu kennzeichnen. Hierzu kann bei den Signalgebern A bis C und M eine entsprechende Steuerschaltung vorgesehen sein, die mit einer entsprechenden dem Lagedetektor nachgeschalteten Aus- werteschaltung von Zeit zu Zeit (beispielsweise lediglich zu Beginn der Positionsbestimmung) synchronisiert wird.

Für die Kommunikation mit den einzelnen Signalgebern A bis C und M (beispielsweise für deren Steuerung) bzw. für die Syn- chronisation der einzelnen Signalgeber A bis C und M kann fer- ner eine optische Sendeeinheit an dem Lagedetektor verwendet werden, die die einzelnen Signalgeber A bis C und M und/oder Signalgebereinheiten ansteuert und bestimmt, welche Signalgeber A bis C und M und/oder Signalgebereinheiten zu welchem Zeit- punkt senden dürfen. Dazu werden an jedem Signalgeber A bis C und M oder an jeder Signalgebereinheit eine oder mehrere opti- sche Empfangseinheiten und eine Logikschaltung vorgesehen, die entscheidet, ob, wie und wann gesendet werden darf. Die Kommu- nikation bzw. Synchronisation der Signalgeber A bis C und M kann dabei auch über Funk, Ultrasschall, etc. erfolgen. Wird beispielsweise eine Signalgebereinheit mit mehreren Signalge- bern A bis C und M zum Aussenden ihrer Signale aktiviert, so kann die Logikschaltung der zugehörigen Signalgebereinheit die einzelnen Sendefenster für ihre jeweiligen Signalgeber A bis C und M generieren. Die Information über die Abfolge der Sende- fenster ist dabei entweder bei der dem Lagedetektor nachge- schalteten Auswerteschaltung bekannt oder aber sie wird von der Logikschaltung nochmals zurück an eine entsprechende Empfangs- einheit bei dem Lagedetektor gesendet und dann der Auswerte- schaltung bereitgestellt.

Falls es erforderlich wird, die einzelnen optischen Signale zu- sätzlich oder alternativ zu der Aussendung in fest vorgegebenen Zeitfenstern voneinander unterscheiden zu müssen, können die Signale entsprechend gekennzeichnet werden. Dazu werden die op- tischen Signale beispielsweise verschieden moduliert oder co- diert. Falls die Modulationsart bzw. die Codierung genügend langsam ist, könnte der Lagedetektor selbst die optischen Si- gnale demodulieren bzw. decodieren, um sie zu identifizieren.

Wenn jedoch schnellere Modulationsarten bzw. Codierungen einge- setzt werden, kann zusätzlich zu dem Lagedetektor, insbesondere in dessen unmittelbarer Nähe, eine optische Empfangseinheit (z. B. ein Infrarot-Empfänger) verwendet werden, welche aus- schließlich das eintreffende Signal demoduliert bzw. decodiert, jedoch keine Lagebestimmung vornimmt. Das demodulierte bzw. de- codierte Signal der optischen Empfangseinheit stellt zusammen mit dem im wesentlich gleichzeitig ausgegebenen Positionssignal (x-und y-Koordinaten) die Information dar, welcher Signalgeber A bis C oder M gerade gesendet hat.

Prinzipiell können zur Auswertung der von den Signalgebern A bis C und M gesendeten optischen Signale ein oder mehrere Lage- detektoren verwendet werden. Bei zwei Lagedetektoren im bekann- ten Abstand zueinander kann eine dreidimensionale Bestimmung der Objekt-Koordinaten ermöglicht werden. Durch verschiedene Einschränkungen der Bewegungsfreiheit des Objektes ergeben sich Sonderfälle, welche die anschließende Positionsberechnungen vereinfachen. Diese Sonderfälle werden nachfolgend anhand je- weils eines speziellen Beispiels beschrieben. Abschließend wird ein Beispiel für den allgemeinen Fall aufgeführt, bei dem so- wohl die Position (Raumkoordinaten) als auch die Verdrehungen der Achsen eines ansonsten steifen Objektes berechnet werden können. Für ein verformbares Objekt können zusätzlich an ver- schiedenen Stellen des Objektes, welche sich zueinander bewegen können, gerade so viele Signalgeber A bis C und M angebracht werden, daS die Bewegung dieser Stellen aus den Signalen der dieser Stelle zugeordneten Signalgeber sowie der bereits be- stimmten Position und Orientierung des gesamten Objektes und

der übrigen beweglichen Stellen des Objektes abgeleitet werden kann.

Die Figur 2 zeigt ein erstes spezielles Beispiel, bei dem zwei Lagedetektoren PSD1 und PSD2 und ein einzelner an dem Objekt angebrachter Signalgeber L verwendet werden. Mit dieser Kon- stellation können zwar die Raumkoordinaten des Objektes, jedoch keinerlei Verdrehungen des Objektes berechnet werden. Es wird angenommen, daß der Abstand der Lagedetektoren PSD1 und PSD2 bekannt ist. Für die Positionsbestimmung des Objektes werden die beiden x-und y-Koordinaten der auf die beiden Lagedetekto- ren PSD1 und PSD2 abgebildeten Bildpunkte des Signalgebers L ausgelesen und einer Auswerteschaltung zugeführt. Aus diesen Koordinaten läßt sich bei Kenntnis der Ausrichtung und Position der beiden Lagedetektoren PSD 1 und PSD2 sowie der Brennweite der beiden (nicht dargestellten) Projektionslinsen vor den La- gedetektoren PSD1 und PSD2 die Richtungen der eintreffenden Lichtstrahlen ableiten. Der Schnittpunkt der beiden Richtungen ergibt die 3D-Koordinaten des Objektes.

Bei dieser Variante kann das zeitlich aufeinanderfolgende Aus- senden von Lichtsignalen von dem Signalgeber L beispielsweise den Auswertetakt der Auswerteschaltung triggern. Durch Erhöhen der Sendefrequenz wird somit die Auflösung der Positionsbestim- mung genauer. Umfaßt das Objekt beispielsweise einen integrier- ten Geschwindigkeits-oder Beschleunigungsmesser, so kann die Sendefrequenz abhängig von der gemessenen Geschwindigkeit bzw.

Beschleunigung eingestellt werden. Auch hier findet somit er- findungsgemäß eine Unterscheidung der einzelnen von dem einen Signalgeber L ausgesendeten Lichtsignale statt.

Ein Anwendungsbeispiel für diesen einfachen Aufbau wäre die Messung der Kopfbewegung eines Golfspielers, wenn Kopfdrehungen nicht weiter bestimmt werden sollen.

Die Figur 3 zeigt ein zweites spezielles Beispiel, bei dem ein Lagedetektor PSD und zwei an dem Objekt angebrachte Signalgeber Ll und L2 verwendet werden. Ferner wird angenommen, daß das Ob- jekt sich lediglich in einer Ebene parallel zu dem Lagedetektor

PSD bewegen kann und der Abstand dieser Ebene zum Lagedetektor PSD bekannt ist. Außerdem soll lediglich eine Drehung des Ob- jektes in dieser Ebene erlaubt sein, d. h. daß die zwei Signal- geber L1 und L2 ebenfalls immer in der Ebene bleiben. Bei die- ser Konstellation können die Koordinaten des Objektes in der Parallelebene und der eine Drehwinkel berechnet werden. Aus den zeitlich nacheinander aufgezeichneten x-und y-Koordinaten der beiden auf den Lagedetektor PSD abgebildeten Bildpunkte lassen sich die beiden Richtungen der eintreffenden Lichtstrahlen, je- weils von dem Signalgeber Li und dem Signalgeber L2, ableiten.

Aus den beiden Richtungen und dem Abstand der Parallelebene zum Lagedetektor PSD können dann in einem ersten Schritt die Koor- dinaten der Signalgeber L1 und L2, und damit die Koordinaten des zugehörigen Objektes (bei bekannter fester Anordnung der Signalgeber L1 und L2 am Objekt), und in einem zweiten Schritt der eine Drehwinkel des Objektes in dieser Ebene bestimmt wer- den.

Ein Anwendungsbeispiel für diese Konstellation ist die Beinbe- wegung eines Golfspielers entlang einer Parallelebene.

Bei der Konstellation der Figur 4 ist noch ein weiterer Bewe- <BR> <BR> <BR> gungsfreiheitsgrad unter folgender Annahme bestimmbar : das Ob- jekt soll sich einerseits in einer Parallelebene drehen und be- wegen können und andererseits soll sich die Parallelebene in die Tiefe bewegen können. Der Abstand der beiden Signalgeber L1 und L2 ist wiederum bekannt. Bei dieser Konstellation werden also der Abstand der Parallelebene zum Lagedetektor PSD und der Drehwinkel und die Position des Objektes innerhalb der Paralle- lebene berechnet. Aus der Kenntnis, daß sich die Signalgeber L1 und L2in einer Parallelebene zum Lagedetektor PSD befinden, und aus einer Bestimmung des Abstandes der Bildpunkte der beiden Signalgeber L1 und L2 zueinander kann der Abstand g der Paral- lelebene zum Lagedetektor PSD wie folgt bestimmt werden : <BR> <BR> <BR> L2-L1<BR> g = e# (1)<BR> Bz'-B2

wobei L2-L1 der bekannte Abstand der beiden Signalgeber L1 und L2 voneinander ist, B2-B1 der berechenbare Abstand der beiden Bildpunkte der beiden Signalgebern Ll und L2 und e die Brenn- weite der Projektionslinse ist. Die Figur 4 verdeutlicht den obigen Sachverhalt.

Dann können-wie oben erläutert-aus den x-und y-Koordinaten der beiden auf den Lagedetektor PSD abgebildeten Bildpunkte die beiden Richtungen der eintreffenden Lichtstrahlen von den Si- gnalgebern L1 und L2 bestimmt werden und schließlich aus den bestimmten Richtungen und dem Abstand die Position des Objektes in der Parallelebene und der Drehwinkel berechnet werden.

Ein Anwendungsbeispiel für diese Konstellation ist die Bestim- mung der Vor-und Rückwärtsbewegung des Kopfes eines Golfspie- lers entlang einer Linie senkrecht zum Lagedetektor und eine seitliche Bewegung und Verdrehung des Kopfes in der Parallele- bene.

Die Figuren 5a und 5b zeigen in zwei Ansichten in der yz-und der xz-Ebene die Position und Orientierung eines Objektes, des- sen Position mit einem Lagedetektor PSD und drei an dem Objekt angebrachten Signalgebern A, B und C bestimmt werden soll, so- wie die entsprechenden drei Bildpunkte auf dem Lagedetektor.

Bei diesem Beispiel soll die Position des Objektes im Raum be- stimmt werden, während die Drehungen des Objektes lediglich auf eine Drehung in der yz-Ebene beschränkt ist. Die drei Signalge- ber A bis C sind hierbei rechtwinkelig zueinander angeordnet, d. h. sie liegen an den Ecken eines rechtwinkligen Dreiecks mit dem Signalgeber B an der Ecke mit dem rechten Winkel. Die Ab- stände AB und CB der Signalgeber A bis C haben die Länge a/2 und stehen-wie gesagt-orthogonal zueinander. Aus dieser Kenntnis können die Abstände gAI gB und gc der Signalgeber von <BR> <BR> <BR> <BR> der Projektionslinse und der Drehwinkel in der yz-Ebene wie folgt bestimmt werden : <BR> <BR> <BR> GAx GAy<BR> <BR> gA = e bzw. gA = e (2)<BR> BAx BAy

wobei GAx und GAy die x-und y-Koordinaten des Signalgebers A, BAx und BAy die x-und y-Koordinaten der Bildpunkte des Signal- gebers A bei dem Lagedetektor PSD, gA der Abstand des Signalge- bers A von der Projektionslinse und e die Brennweite der Pro- jektionslinse (bzw. der Abstand Projektionslinse zur Aufnahme- flache des Lagedetektors PSD) ist. In den Figuren 5a und 5b sind noch die y-Koordinaten GBy und Gcy der Signalgeber B und C sowie die x-und y-Koordinaten BBX, BCX und BBy, Bcy der Bild- punkte der Signalgeber B und C eingezeichnet.

Für die Signalgeber B und C ergeben sich aus den Abbildungsge- setzen analoge Gleichungen. Da die drei Signalgeber A bis C für alle Werte des Drehwinkel immer in der yz-Ebene liegen, gilt (wie auch aus Figur 5b leicht ersichtlich wird) : GAx = GBx = Gcx (3) Der Drehwinkel zuläßt sich-wie aus der Figur 5a leicht er- sichtlich wird-aus den Differenzabständen gA-gB bzw. gB-gc ableiten : gA - gB = #sin(#) bzw. gB-gC = #cos(#) Aus dem Verhältnis der Differenzabstände und den Abbildungs- gleichungen erhält man den Drehwinkel auch folgendermaßen : 1 1 <BR> <BR> <BR> tan (0) = ###<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> BB. Bc.

Damit läßt sich der Abstand des Signalgebers B von der Projek- tionslinse (und damit die Objektposition) auch wie folgt schreiben :

-. sin ()<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> gB = (6)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> BBx(1/BAX-1/BBx) Ein Anwendungsbeispiel wäre die Bestimmung der Vor- und Rück- wärtsbewegung des Rückens eines Golfspielers entlang einer Li- nie mit einer zusätzlichen Verdrehung in dieser Richtung.

Die Figuren 6a, b und c zeigen in drei Ansichten in der xyz-, der xz-und der yz-Ebene die Position und Orientierung eines Objektes, dessen Position mit einem Lagedetektor PSD und sieben an dem Objekt angebrachten Signalgebern A bis G bestimmt werden soll. Bei diesem allgemeinen Beispiel soll die Position des Ob- jektes im Raum sowie alle drei Drehwinkel im Raum bestimmt wer- den. In der Figur 6a ist die geometrische Anordnung der 7 Si- gnalgeber A bis G gezeigt. Die Signalgeber A bis G seien so an- geordnet, daß die Strecken BA, BC, BE und BG die Länge a/2 und die Strecken BD und BF die Länge a 3/4 haben. Das Koordinaten- system ist ferner so gewählt, daß die Orte aller Signalgeber anfangs direkt auf den Koordinatenachsen x, y und z liegen. So liegen die Signalgeber A und C also auf der x-Achse, die Si- gnalgeber D und F auf der y-Achse und die Signalgeber E und G auf der z-Achse und der Signalgeber B im Mittelpunkt der Koor- dinatenachsen. Diese geometrische Anordnung der sieben Signal- geber A bis G kann im kartesischen Koordinatensystem verschoben und verdreht werden. Dabei wird der Signalgeber B im Mittel- punkt der Anordnung um die Koordinaten GBX, GBY und GBz gegen- über dem anfänglichen Koordinatensystem verschoben. Der Winkel 1 beschreibe eine Drehung um die y-Achse, der Winkel 2 eine Drehung um die x-Achse und der Winkel 3 eine Drehung um die z- Achse.

Die sieben Signalgeber A bis G haben die folgenden Koordinaten im Raum :

Die Bildpunkte A bis G als Abbildungen der sieben Signalgeber A bis G auf dem Lagedetektor PSD haben folgende Koordinaten : Die Koordinaten der Signalgeber A und C bis G im Raum können abhängig von den Koordinaten des Signalgebers B und der drei Drehwinkel #1, #2 und (j) 3 folgendermaßen dargestellt werden : GAX = GBx-#sin(#2)#sin(#3)#sin(#)+#cos(#3)#cos(#1) GAy = GBy+#cos(#2)#sin(#3) (9) <BR> <BR> <BR> GAZ= GBz-#sin(#2)#sin(#3)#cos(#1)-#cos(#3)#sin(#1)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Gc. = GBX +##sin(#2)#sin(#3)#sin(#1)-##cos(#3)#cos(#1) GCY = GBy-##cos(#2)#sin(#3) <BR> <BR> <BR> GCZ = GBz+##sin(#2)#sin(#3)#cos(#1)+##cos(#3)#sin(#1)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> (10)

a GEx = GBx-#cos(#2)#sin(#1) 2sin (02) (12) GEz = GBz-#cos(#2)#cos(#1) GGx = GBx+#cos(#2)#sin(#1) GGy = GBy+#sin(#2) (14) GGZ= GBz+#cos(#2)#cos(#1) Ferner ergeben sich-wie aus den Figuren 6b und 6c leicht er- sichtlich wird-die folgenden Gleichungen über das Abbildungs- gesetz : BAx GAx BAy GAy = and = (15) e GAZ e GAZ Für die Signalgeber B, C, D, E, F und G ergeben sich analoge Gleichungen.

Aus diesen über das Abbildungsgesetz erhaltenen Gleichungen (15) und den oben aufgestellten Gleichungen (9) bis (14) können die Drehwinkel + 2 und #3 und der Abstand GBZ in Abhängig- keit der Koordinaten der Bildpunkte und der jeweils bereits be- rechneten Drehwinkel beschrieben werden.

Drehwinkel 3 : Drehwinkel 2 : Drehwinkel #1 :

Abstand gB : Aus den berechneten Drehwinkeln + 2 und 3 sowie dem Abstand gB können über die Gleichungen (9) bis (14) die Koordinaten der Punkte A, B, C, D, E, F und G im Raum berechnet werden. Es kann hierfür ein Referenzpunkt festgelegt werden, welcher folgende Koordinaten hat. Die Koordinaten des Punktes A bezogen auf den Referenzpunkt R ergeben sich folgendermaßen.

Die Koordinaten der Punkte B, C, D, E, F und G werden analog be- rechnet.

Aus den bestimmten Positionen beispielsweise eines geschwunge- nen Golfschlägers und der bekannten Position eines zu treffen- den Golfballes lassen sich dann beispielsweise erst die Schwungbahn des Golfschlägers, dann der genaue Treffpunkt des Golfballes (hook, slice, draw, etc.) und die Treffgeschwindig- keit und schließlich die Flugbahn des Golfballes errechnen.

Diese kann beispielsweise großformatig auf einem Bildschirm vor dem Golfspieler zusammen mit dem Golfterrain angezeigt werden, so daß insgesamt eine vollständige, absolut realistische Golf- simulation möglich wird.

Die Anmelderin behält sich vor, den Gegenstand des oben aufge- führten speziellen Auswerteverfahren für die Positions-und Orientierungsbestimmung getrennt von der Unterscheidung der einzelnen Signale von den Signalgebern weiterzuverfolgen. Die- ser Gegenstand betrifft ein Verfahren eine Vorrichtung zum Be- stimmen der Position, Orientierung und/oder Verformung eines Objektes, bei welchem von einem oder mehreren mit dem Objekt gekoppelten Signalgebern elektromagnetische Signale ausgesendet werden, diese Signale auf einen oder mehrere zweidimensional auflösende Lagedetektoren projiziert und dort in zweidimensio- nale Lagekoordinaten umgewandelt werden, und über einfach Ab- bildungsgesetze aus den Lagekoordinaten die Position, Orientie- rung und/oder Verformung des sich bewegenden Objektes bestimmt wird.