CZ2018204A3 - Zařízení a způsob vychylování světelného paprsku - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zařízení (10) pro vychylování světelného paprsku (50), s přestavitelným vychylovacím zařízením (12), s regulačním zařízením (16), které je vytvořeno k tomu, aby vytvořilo ovládací signál (60), pomocí něhož je vychylovací zařízení (12) pro skenování prostorové úhlové oblasti (115) ovládáno prostřednictvím světelného paprsku (50) vychylovaného vychylovacím zařízením (12) v periodickém pohybu, a s detekčním zařízením (18), které je vytvořeno k tomu, aby zjišťovalo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (18), a na základě toho vytvořilo měřicí signál (61). Regulační zařízení (16) je dále vytvořeno k tomu, aby na základě alespoň tohoto měřicího signálu (61) přizpůsobilo ovládací signál (60). Způsob vychylování světelného paprsku (50) obsahuje kroky: ovládání (S02) vychylovacího zařízení (12, 112) prostřednictvím ovládacího signálu (60) pro skenování prostorové úhlové oblasti (115) prostřednictvím světelného paprsku (50) vychylovaného vychylovacím zařízením (12, 112) v periodickém pohybu, zjištění (S03) dopadu nebo chybějícího dopadu skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (18, 118), vytvoření (S04) měřicího signálu (61) na základě výsledku tohoto zjištění (S03), a přizpůsobení (S05) ovládacího signálu (60) na základě tohoto měřicího signálu (61).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení a způsobu vychylování světelného paprsku, zejména zařízení a způsobu regulovaného vychylování laserového paprsku prostřednictvím mikrozrcadla.

Dosavadní stav techniky

Laserové skenery se používají v mnoha případech, například pro projekci obrazů, ve světlometech nebo pro snímání okolí vozidel. Pod výrazem laserový skener se přitom rozumí zejména zařízení, u něhož je laserový paprsek naváděn na vychylovací zařízení a tímto vychylovacím zařízením je podle ovládacího signálu ovládán tak, že odražený laserový paprsek skenuje příslušnou prostorovou úhlovou oblast, například plátno. Pod výrazem skenování se rozumí projíždění napříč touto prostorovou úhlovou oblastí nebo plátnem, například v klikatých vzorech, přičemž požadovaná hustota snímání může záviset na příslušném použití.

Ve spise US 2010/079 836 Al je popsán například laserový skener, který je v následujícím blíže objasněn podle obr. 7. Tento obr. 7 znázorňuje běžný laserový skener 1, který obsahuje světelný zdroj 2, který je dimenzován k tomu, aby vytvářel laserový paprsek 3 a aby jej naváděl na vychylovací zařízení 4. Laserový paprsek 3, který dopadne na vychylovací zařízení 4, je jako vychýlený laserový paprsek 5 vychýlen ve směru k plátnu 6, přičemž vychylovací zařízení 4 je ovládáno regulačním zařízením 7 tak, aby skenovalo plátno 6.

Za tím účelem se vychylovací zařízení 4 otáčí kolem první osy otáčení, která může být rovněž označena jako rychlá osa otáčení, takže plátno 6 je periodicky projížděno ve vodorovném směru zleva doprava a zase zpět. Dále se vychylovací zařízení 4 otáčí kolem druhé osy otáčení, která může být rovněž označena jako pomalá osa otáčení, a to tak, že laserový paprsek 5 projíždí periodicky plátno 6 shora dolů a zase zpět. Superponováním těchto pohybů kolem první a druhé osy otáčení, to znamená kolem pomalé a rychlé osy otáčení, vznikne klikatý vzor 6 znázorněný na obr. 7. Regulační zařízení 7 přijímá polohové signály 8, které udávají příslušnou polohu vychylovací ho zařízení 4, a na základě toho přizpůsobuje ovládací signály 9 pro ovládání vychylovacího zařízení 4. Obvyklé způsoby snímání aktuální polohy vychylovacího zařízení 4 fungují například na elektrostatickém, piezoodporovém nebo elektromagnetickém principu.

Podstata vynálezu

Předložený vynález obsahuje zařízení se znaky patentového nároku 1 a způsob se znaky patentového nároku 8.

Podle těchto znaků je vytvořeno zařízení pro vychylování světelného paprsku, s přestavítelným vychylovacím zařízením, s regulačním zařízením, které je vytvořeno k tomu, aby vytvořilo ovládací signál, pomocí něhož je vychylovací zařízení pro skenování prostorové úhlové oblasti nebo objektu ovládáno prostřednictvím světelného paprsku vychylovaného vychylovacím zařízením v periodickém pohybu, s detekčním zařízením, které je vytvořeno k tomu, aby, zejména periodicky, zjišťovalo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku na detekční zařízení, a na základě toho vytvořilo měřicí signál, přičemž regulační zařízení je dále vytvořeno k tomu, aby alespoň na základě tohoto měřicího signálu přizpůsobilo ovládací signál.

Světelný paprsek dopadnuvší na vychylovací zařízení může být vytvářen například prostřednictvím aktivačního zařízení uvedeného zařízení, například prostřednictvím světelného zdroje nebo zařízení pro zavedení externě vytvořeného světelného paprsku do zařízení. Pod

- 1 CZ 2018 - 204 A3 výrazem vychylovací zařízení se rozumí zejména mikrozrcadlo, to znamená mikromechanický, přestavitelný zrcadlící neboli odrazný povrch, společně s odpovídajícími ovladači pro přestavování, to znamená pro řízené vychylování odrazného povrchu pro cílené vychylování světelného paprsku. Skenování prostorové úhlové oblasti může sloužit například pro skenování ho plátna a může se uskutečňovat tak, jak bylo výše popsáno na dosavadním stavu techniky a podle obr. 7. Zejména může toto skenování zahrnovat rychlý pohyb, například vodorovný, podle rychlé osy otáčení mikrozrcadla, a pomalý pohyb, například vodorovný pohyb, podle pomalé osy otáčení mikrozrcadla, přičemž tyto pohyby se superponují, přičemž rychlý pohyb je rychlejší než pomalý pohyb. Pod výrazem periodický pohyb se rozumí jak kontinuální pohyb ve stále stejném směru otáčení, jako například při rotujícím mikrozrcadlu, tak i periodický vratný pohyb tam a zpět, jako například při rezonančně provozovaném mikrozrcadlu. Vychylování světla vychylovacím zařízením se může úplně nebo částečně uskutečňovat deformováním odrazného povrchu.

Dále je vytvořen způsob vychylování světelného paprsku, s kroky: ovládání vychylovacího zařízení prostřednictvím ovládacího signálu pro skenování prostorové úhlové oblasti nebo objektu prostřednictvím světelného paprsku vychylováného vychylovacím zařízením v periodickém pohybu, zjišťování, zejména periodické zjišťování, dopadu nebo chybějícího dopadu skenujícího světelného paprsku na detekční zařízení, vytvoření měřicího signálu na základě výsledku tohoto zjištění, a přizpůsobení ovládacího signálu na základě měřicího signálu.

Výhody vynálezu

Předložený vynález poskytuje zařízení a způsob vychylování světelného paprsku, přičemž bylo upuštěno od použití obvyklé polohové senzoriky pro určování aktuální polohy, to znamená orientace, vychylovacího zařízení.

Zejména je měřicí signál, který indikuje dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku, vytvořen s jedním bitem, přičemž například logická hodnota jedna indikuje dopad světelného paprsku a logická hodnota nula indikuje chybějící dopad světelného paprsku. Tím se může zmenšit potřebné množství dat pro regulování vychylování světla, zejména ve srovnání s obvyklou polohovou senzorikou pro snímání polohy, která obsahuje polohové informace o velikosti například 10 bitů nebo více. Přesto je možno na základě tohoto známého vytvoření a fixní polohy detekčního zařízení, zejména světelných detektorů detekčního zařízení, prostřednictvím signálu o velikosti 1 bitu usoudit na přesnou polohu vychylovacího zařízení.

Vynález tudíž snižuje náklady potřebné na zapojení pro snímání a vyhodnocování, například u laserového skeneru. Dále je možno odstranit cenově náročné termické kalibrování známé polohové senzoriky. Dále mohou být přesněji určovány a kompenzovány účinky stárnutí, například vychylovacího zařízení, aniž by to bylo ztíženo účinky stárnutí známé polohové senzoriky. Příkladné účinky stárnutí zahrnují odchylku v posunutí kmitočtu nebo sníženou citlivost. Dále se prostřednictvím prostorového oddělení detekčního zařízení od vychylovacího zařízení, které se kontinuálně zahřívá dopadajícím světelným paprskem, zmenší odchylka v posunutí kmitočtu a poruchy citlivosti způsobené teplem.

Vynález zvyšuje disponovatelnost a spolehlivost způsobů a zařízení pro vychylování světla. Pomocí této nové, implicitní detekce polohy prostřednictvím detekčního zařízení vznikne vysoký stupeň nezávislosti ve srovnání se známou polohovou senzorikou. Tato detekce polohy může být například zkombinována se známou polohovou senzorikou, což umožní vyšší redundanci a/nebo ověření věrohodnosti.

Další výhodné formy provedení a vylepšení vyplývají ze závislých nároků, jakož i z popisu s odkazem na obrázky.

Podle jednoho výhodného vylepšení je detekční zařízení vytvořeno k tomu, aby v každé periodě

-2CZ 2018 - 204 A3 periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení skenování prostorové úhlové oblasti alespoň jedenkrát, s výhodou alespoň dvakrát, zejména právě dvakrát zjistilo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku na detekční zařízení. Tím může být potřebné množství dat malé a současně se může uskutečňovat přesné zjišťování periodického pohybu vychylovacího zařízení. Protože se pohyb kolem rychlé osy otáčení tohoto skenování uskutečňuje rychleji než periodický pohyb kolem pomalé osy otáčení tohoto skenování, obsahuje jedna perioda periodického pohybu kolem pomalé osy otáčení větší počet period periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení. Proto může být i perioda periodického pohybu kolem pomalé osy otáčení zjišťována přesně, zejména tehdy, když je vychylovací zařízení pro vychylování světelného paprsku vzhledem k rychlé ose otáčení identické s vychylovacím zařízením pro vychylování světelného paprsku vzhledem k pomalé ose otáčení, nebo je s ním v pevném pohybovém vztahu spřaženo.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení obsahuje detekční zařízení první detektor světla a druhý detektor světla, které jsou vytvořeny k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení skenování prostorové úhlové oblasti vždy jedenkrát zjistily dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku na první a druhý detektor světla. Jak již bylo výše popsáno, může být výsledkem tohoto zjištění vytvoření měřicího signálu s jedním jediným bitem. Pod výrazem detektor světla se rozumí zařízení, které je s to detekovat světlo dopadnuvší na detektor světla. Tímto detektorem světla může být například optický detektor, například fotodioda. Detektor světla může být alternativně rovněž založen na jiných fyzikálních efektech při dopadu světelného paprsku na detektor světla, například na zahřátí. Může být použito i více než dva detektory světla, které mohou být uspořádány například v jedné nebo více řadách. Tím je možno dosáhnout většího počtu měřicích bodů, a tím lepší robustnosti regulace.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení je vychylovací zařízení vytvořeno pro rezonanční provoz, to znamená, že je provozováno rezonančně. Ovládací signál přizpůsobený na základě měřicího signálu může být vytvořen tak, že amplituda periodického pohybu, zejména amplituda periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení skenování, se na základě měřicího signálu prostřednictvím vychylovacího zařízení, zejména prostřednictvím ovladače vychylovacího zařízení, zvětšuje nebo zmenšuje.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení je regulační zařízení vytvořeno k tomu, aby prostřednictvím přizpůsobeného ovládacího signálu vždy zvětšilo nebo zmenšilo amplitudu periodického pohybu, zejména periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení, v, zejména pravidelně, za sebou následujících okamžicích měření, přičemž amplituda se zvětší vždy tehdy, když se detekčním zařízením zjistí chybějící dopad skenujícího světelného paprsku na detekční zařízení, a přičemž amplituda se zmenší vždy tehdy, když se detekčním zařízením zjistí chybějící dopad světelného paprsku na detekční zařízení. Tím může být amplituda vychylovacího zařízení zvlášť přesně regulována.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení je vychylovací zařízení vytvořeno pro kvazi statický provoz, to znamená, že je provozováno kvazi staticky. Detekční zařízení může obsahovat první detektor světla a druhý detektor světla, například tak, jak bylo výše popsáno. První detektor světlaje dimenzován k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení skenování prostorové úhlové oblasti zjistil přesně jedenkrát dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku v jednom místě odpovídajícím maximálnímu pozitivnímu vychýlení vychylovacího zařízení. Druhý detektor světlaje vytvořen k tomu, aby v jedné periodě periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení skenování prostorové úhlové oblasti zjistil přesně jedenkrát dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku v jednom místě odpovídajícím maximálnímu negativní vychýlení vychylovacího zařízení. Tento první a tento druhý detektor světla mohou být za tím účelem uspořádány s výhodou vždy v jedné úvrati periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení skenování nebo v blízkosti této příslušné úvrati.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení může být regulační zařízení pro vytvoření ovládacího signálu ovládáno nějakou externí řídicí veličinou. Zařízení může obsahovat

-3 CZ 2018 - 204 A3 interpolační zařízení, které je vytvořeno k tomu, aby zjistilo první hodnotu této řídicí veličiny v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku na první detektor světla a druhou hodnotu této řídicí veličiny v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku na druhý detektor světla. Toto interpolační zařízení je dále vytvořeno k tomu, aby interpolovalo další hodnoty této řídicí veličiny mezi zjištěnou první a druhou hodnotou této řídicí veličiny. Tato řídicí veličina se přizpůsobí pro ovládání regulačního zařízení na základě interpolovaných dalších hodnot této řídicí veličiny.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení způsobu podle vynálezu se amplituda periodického pohybu vychylovacího zařízení, zejména periodického pohybu kolem rychlé osy otáčení, zvětší vždy tehdy, když se detekčním zařízením v jednom z více, zejména pravidelně, za sebou následujících okamžiků měření zjistí chybějící dopad skenujícího světelného paprsku na detekční zařízení. Dále se amplituda periodického pohybu vychylovacího zařízení zmenší vždy tehdy, když se detekčním zařízením v jednom z mnoha, zejména pravidelně, za sebou navzájem následujících okamžiků měření zjistí dopad skenujícího světelného paprsku na detekční zařízení. Tím se s výhodou může vytvořit přepínání ovládacího signálu, jakož i amplitudy vychylovacího zařízení, zejména mikrozrcadla vychylovacího zařízení, se zvlášť malou časovou konstantou. Toto přepínání může být označováno rovněž jako „chvění“ nebo jako „kolísání“ a označuje to vratné přeskakování neboli přepínání hodnoty signálu tam a zpět. Pomocí přesné znalosti amplitudy mohou být například vypočítány přesné průchody nulou. Průchody nulou se často používají pro synchronizaci zařízení se systémy uspořádanými před ním nebo za ním, například pro projekci obrazů, pro budicí obvody laseru, pro Phase-Locked-Loop (= fázový závěs), pro okamžik napájení energií a podobně.

Tam, kde byla v předcházejícím textu a bude v následujícím textu uvedena zmínka o periodickém pohybu kolem rychlé osy otáčení, má být neustále vyjádřeno to, že vždy upravená modifikace nebo další vylepšení může být použito rovněž přídavně nebo alternativně pro periodický pohyb kolem pomalé osy otáčení.

Podle jednoho dalšího výhodného provedení se u způsobu podle vynálezu uskutečňuje ovládání vychylovacího zařízení v závislosti na externí řídicí veličině, přičemž první hodnota této řídicí veličiny se zjistí v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku na první detektor světla a druhá hodnota této řídicí veličiny se zjistí v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku na druhý detektor světla. Další hodnoty této řídicí veličiny se interpolují mezi zjištěnou první a zjištěnou druhou hodnotou této řídicí veličiny a tato řídicí veličina se přizpůsobuje na základě těchto interpolovaných dalších hodnot této řídicí veličiny.

Objasnění výkresů

Vynález bude následně blíže objasněn na příkladech provedení znázorněných na schematických obrázcích. Přitom znázorňují:

Obr. 1 schematické vyobrazení pro objasnění zařízení pro vychylování světelného paprsku podle jedné formy provedení předloženého vynálezu,

Obr. 2 schematické vyobrazení pro objasnění zařízení pro vychylování světelného paprsku podle jedné další formy provedení předloženého vynálezu,

Obr. 3 blokové schéma zařízení podle obr. 2,

Obr. 4 schematický graf pro objasnění způsobu činnosti zařízení podle obr. 2 a obr. 3,

Obr. 5 blokové schéma zařízení pro vychylování světelného paprsku podle ještě jedné další formy provedení předloženého vynálezu,

-4CZ 2018 - 204 A3

Obr. 6 schematický vývojový diagram pro objasnění způsobu vychylování světelného paprsku podle ještě jedné další formy provedení předloženého vynálezu, a

Obr. 7 schematické vyobrazení známého laserového skeneru.

Na všech obrázcích jsou stejné, popřípadě funkčně stejné elementy a zařízení - pokud není uvedeno jinak - opatřeny týmiž vztahovými značkami. Číslování způsobových kroků slouží pro přehlednost a nemá, zejména nemá, pokud není uvedeno jinak, implikovat jeden určitý časový sled. Zejména může být i více způsobových korků prováděno současně.

Příklady uskutečnění vynálezu

Obr. 1 znázorňuje schematické vyobrazení pro objasnění zařízení 10 pro vychylování světelného paprsku 50 podle jedné formy provedení předloženého vynálezu.

Zařízení 10 obsahuje přestavítelné vychylovací zařízení 12, které je provozováno prostřednictvím ovládacího signálu 60, zejména rezonančně nebo kvazi staticky, aby byl vytvořený světelný paprsek 50, zejména laserový paprsek, vychylován do požadovaného prostorového směru, popřípadě do požadovaného prostorového úhlu. Zařízení 10 může k tomu účelu obsahovat aktivační zařízení 14, které je vytvořeno k tomu, aby vytvářelo světelný paprsek 50, a aby jej vedlo na přestavitelné vychylovací zařízení 12, například světelný zdroj nebo zařízení pro přivádění externě vytvořeného světelného paprsku 50, zejména laserového paprsku, do zařízení 10. Aktivační zařízení 14 může k tomuto účelu obsahovat například větší počet optických elementů, například čoček, clon, světlovodných vedení nebo podobně. Alternativně může být prostřednictvím uspořádání zařízení 10 podle vynálezu relativně vůči externímu světelnému zdroji veden rovněž externě vytvořený světelný paprsek jako světelný paprsek 50 na vychylovací zařízení 12.

Vytvořený světelný paprsek 50 dopadne na vychylovací zařízení 12 a je jím vychýlen podle momentální polohy, to znamená podle orientace, vychylovacího zařízení 12. Zařízení 10 dále obsahuje detekční zařízení 18, které je vytvořeno k tomu, aby, zejména periodicky, zjišťovalo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku 50 na detekční zařízení 18, a aby na základě toho vytvořilo měřicí signál 61. Regulační zařízení 16 zařízení 10 je vytvořeno k tomu, aby přizpůsobilo ovládací signál 60 alespoň na základě měřicího signálu 61. Zejména se toto přizpůsobení uskutečňuje pro kompenzování příliš velké nebo příliš malé amplitudy vychylovacího zařízení 12, popřípadě vychýleného světelného paprsku 50.

Obr. 2 znázorňuje schematické vyobrazení pro objasnění zařízení 110 pro vychylování světelného paprsku 50 podle jedné další formy provedení předloženého vynálezu. Pro další objasnění tohoto zařízení 110 se uvádí odkaz na obr. 3, který znázorňuje schematické blokové schéma zařízení 110,

Zařízení 110 obsahuje přestavitelné vychylovací zařízení 112, které obsahuje mikrozrcadlo 122 otočné kolem rychlé osy 111 otáčení. Ovládací zařízení pro otáčení mikrozrcadla 122 není na obr. 2 explicitně znázorněno. Mikrozrcadlo 122 může být například upevněno na torzní pružině. Na obr. 2 je vychylovací zařízení 112 znázorněno vychýleně o příkladný úhel a. Zařízení 110 může obsahovat aktivační zařízení 14, které bylo popsáno s odkazem na obr. 1, nebo může být vytvořeno pro přijmutí externě vytvořeného světelného paprsku 50, zejména laserového paprsku. Tento vytvořený světelný paprsek 50 dopadne na vychylovací zařízení 112 a je jím vychýlen, vždy podle aktuálního úhlu a vychýlení. Na obr. 2 je dále znázorněna případná clona 113 s otvorem 119, kterým musí projít světelný paprsek 50 vychýlený vychylovacím zařízením 112, aby dospěl do skenované prostorové úhlové oblasti 115 nebo objektu.

-5 CZ 2018 - 204 A3

Osa 111 otáčení vychylovacího zařízení 112 je na obr. 2 a u tohoto příkladně popisovaného příkladu provedení jednou jedinou osou otáčení neboli rychlou osou 111 otáčení mikrozrcadla 122. Prostřednictvím této rychlé osy 111 otáčení je možno docílit například vodorovného vychylování světelného paprsku 50. Svislé vychylování, všeobecně vychylování ve směru kolmém ke směru vychylování podle rychlé osy 111 otáčení, je možno docílit například prostřednictvím jednoho dalšího (ne znázorněného) pře stavitelného vychylovacího zařízení. Zařízení 110 může eventuálně obsahovat jeden přídavný polohový senzor 123 podle dosavadního stavu techniky pro zjišťování polohy mikrozrcadla 122. který vytvoří polohový signál, který může být použit, popřípadě je použit k ověření věrohodnosti měřicího signálu 61.

Na obr. 2 jsou na levé hraně otvoru 119 clony 113 vytvořeny a uspořádány první detektor 115 světla, například fotodioda, a na pravé hraně otvoru 119 druhý detektor 117 světla, například fotodioda. Všeobecně mohou být tento první detektor 115 světla a tento druhý detektor 117 světla uspořádány navzájem paralelně, zejména vždy v jedné z obou úvratí neboli vratných zón vychýleného světelného paprsku 50 podle periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení vedle sebe navzájem. Tento první detektor 115 světla a druhý detektor 117 světla mohou být vytvořeny například ve tvaru čtverce nebo, s výhodou, ve tvaru pásku, přičemž podélná osa příslušného pásku je uspořádána paralelně s rychlou osou 111 otáčení, a tudíž kolmo ke směru pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení, Tím jsou detektory 115. 117 světla vytvořeny pro detekování světelného paprsku 50 i tehdy, když ten se přídavně kolem pomalé osy otáčení otáčí, popřípadě naklápí kolmo k rychlé ose 111 otáčení. Tento první detektor 115 světla a tento druhý detektor 117 světla tvoří společně detekční zařízení 118, které je vytvořeno k tomu, aby periodicky zjišťovalo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku 50 na detekční zařízení 118. a aby na základě toho vytvořilo měřicí signál 61. jak je schematicky znázorněno na obr. 3.

Obr. 3 znázorňuje blokové schéma zařízení 110. Na obr. 3 je znázorněno, že zařízení 110 obsahuje regulační zařízení 116, které je vytvořeno k tomu, aby vytvořilo ovládací signál 60, pomocí něhož je ovládáno vychyl ovací zařízení 112 pro skenování prostorové úhlové oblasti 115 nebo objektu prostřednictvím světelného paprsku 50 vychylo váného prostřednictvím vychylovacího zařízení 112 v periodickém pohybu. Za tím účelem může být ovládací signál 60, například elektrické napětí, vyslán do ovládacího zařízení vychylovacího zařízení 112, které je vytvořeno k tomu, aby otáčelo mikrozrcadlem 122 kolem rychlé osy 111 otáčení. Regulační zařízení 116 je vytvořeno k tomu, aby přijmulo externí řídicí veličinu 62, která se na základě vytvořeného měřicího signálu 61 modifikuje, například zmenší, aby se vytvořila modifikovaná řídicí veličina 63. S výhodou se měřicí signál 61 zpracuje prostřednictvím předběžného zpracovávacího zařízení 138 zařízení 110, to znamená, že se zpracuje k tomu, aby se vytvořil zpracovaný měřicí signál 66, který je založen na měřicím signálu 61, a na jehož základě se modifikuje externí řídicí veličina 62. Vždy aktuální hodnota zpracovaného měřicího signálu 66 může být odvozena například z jedné vždy aktuální hodnoty řídicí veličiny 62 nepřímo nebo přímo, aby se vytvořila vždy aktuální hodnota modifikované řídicí veličiny 63.

Regulační zařízení 116 může obsahovat ovládací zařízení 126, které tuto modifikovanou řídicí veličinu 63 přijme a ovládací signál 64 založený na této modifikované řídicí veličině 63 vyšle do hnacího zařízení 136 regulačního zařízení 116, čímž se toto regulační zařízení 116 aktivuje pro vydání ovládacího signálu 60 přizpůsobeného na základě ovládacího signálu 64. Jak je schematicky znázorněno na obr. 3, mohou být například regulační zařízení 116, ovládací zařízení 126 a hnací zařízení 136 integrována do integrovaného obvodu 140 specifického pro dané použití (anglicky: „application-specific integrated circuit“, ASIC) zařízení 110. Vychylovací zařízení 112 a detekční zařízení 118 mohou být vytvořena jako část mikroelektromechanického systému 140, MEMS, zařízení 110.

První detektor 115 světla a druhý detektor 117 světla vydají vždy jeden, nebo jeden společný, měřicí signál 61, který obsahuje jeden bit. Logická nula znamená, že nebyl zjištěn žádný dopad světelného paprsku na příslušný detektor 115, 117 světla. Logická jednička znamená, že byl

-6CZ 2018 - 204 A3 zjištěn dopad světelného paprsku 50 na příslušný detektor 115, 117 světla. Zjištění dopadu a nenastalého dopadu se uskuteční vždy v jednom z množství, zejména pravidelně, za sebou navzájem následujících okamžiků měření, například tak, jak je schematicky znázorněno na obr. 4, a následně ještě objasněno.

Vychylovací zařízení 112 zařízení 110 je provozováno rezonančně. Jak bylo objasněno podle obr. 2, je při každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení každým z detektorů

115, 117 světla přezkoušena vždy jednou detekce nebo nedetekce světelného paprsku 50. V každém ze za sebou následujících okamžiků měření se regulačním zařízením 116 určí, zda má být amplituda periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení zvětšena nebo zmenšena. Vždy tehdy, když se v jednom okamžiku měření zjistí chybějící dopad světelného paprsku 50 na detekční zařízení 118, to znamená na první detektor 115 světla a na druhý detektor 117 světla, amplituda se vždy zvětší. Vždy tehdy, když se v jednom z okamžiků měření zjistí dopad skenujícího světelného paprsku 50 na detekční zařízení 118, zejména na první detektor 115 světla a na druhý detektor 117 světla, se amplituda zmenší. Zvětšení popřípadě zmenšení amplitudy periodického pohybu je možno uskutečnit zejména zvětšením popřípadě zmenšením amplitudy ovládacího signálu 60.

Obr. 4 znázorňuje schematický graf pro objasnění způsobu činnosti zařízení 110. Vodorovná osa 93 znázorňuje čas a svislá osa 94 znázorňuje amplitudu. Amplituda ovládacího signálu 60, který je vytvořen například ve tvaru sinusoidy, se přepíná tam a zpět, například mezi první hodnotou 91 a druhou hodnotou 92, která je nižší než první hodnota 91. Vždy tehdy, když se v jednom okamžiku měření zjistí dopad světelného paprsku 50 na detekční zařízení 118, se amplituda ovládacího signálu 60 nastaví na druhou hodnotu 92. Vždy tehdy, když se v okamžiku měření zjistí chybějící dopad světelného paprsku 50 na detekční zařízení 118, se amplituda ovládacího signálu 60 nastaví na první hodnotu 91. To znamená, že amplituda 96 vychylovacího zařízení 112, to znamená vychylování mikrozrcadla 122, se zvětšuje, popřípadě zmenšuje. Alternativně může amplituda ovládacího signálu 60 obsahovat i několik stupňů nebo se může zvětšovat a zmenšovat plynule. Zvětšování a zmenšování amplitudy 96 je na obr. 4 znázorněno pouze příkladně. První doba trvání, jak dlouho zůstane amplituda ovládacího signálu 60 vždy na první hodnotě 91, se může lišit od druhé doby trvání, jak dlouho zůstane amplituda ovládacího signálu 60 vždy na druhé hodnotě 92. Například může být druhá doba trvání více než pětkrát, například devětkrát, delší než první doba trvání.

Za sebou následující okamžiky měření jsou zvoleny například tak, že se zjišťování dopadu nebo nenastalého dopadu světelného paprsku na detekční zařízení 118 uskutečňuje pravidelně vždy tehdy, když by při aktuálním provozu nebo při ideálním provozu zařízení 110 světelný paprsek 50 podle periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení právě dopadl na první detektor 15 světla nebo na druhý detektor 117 světla. Alternativně, nebo se stejným významem, mohou být okamžiky měření zvoleny tak, že se při aktuálním provozu nebo při ideálním provozu zařízení 110 vždy shodují s obrácením světelného paprsku 50 při pohybu podle rychlé osy 111 otáčení.

S výhodou nastává u zařízení 110 přepínání ovládacího signálu 60, způsobené permanentním střídáním zvětšování a zmenšování amplitudy na základě střídání detekce a nenastalé detekce skenujícího laserového paprsku 50 detekčním zařízením 118. Toto přepínání má s výhodou podstatně menší časovou konstantu než je časová konstanta vychylovacího zařízení 112. Tím se dosáhne zvlášť přesně nastavitelné amplitudy, která je tím přesnější, čím rychlejší je přepínání mezi detekcí a nedetekcí. K tomuto účelu je výhodná zvlášť krátká prodleva při zpětném vedení měřicího signálu 61 do regulačního zařízení 116, jakož i velká šířka pásma regulačního zařízení

116.

Obvyklé rezonančně provozované mikrozrcadlové systémy jsou vysoce kvalitní systémy s časovými konstantami ve změně amplitudy přibližně 0,1 sekundy. Rovněž mají podstatně vyšší rezonanční frekvenci v rozsahu kHz, například 20 kHz. Jak již bylo výše popsáno, vzniká tudíž výhodné přepínání, způsobené permanentním střídáním detekce a nedetekce.

-7 CZ 2018 - 204 A3

Obr. 5 znázorňuje blokové schéma zařízení 210 pro vychylování světelného paprsku 50 podle ještě jedné další formy provedení předloženého vynálezu. Zařízení 210 je jednou variantou zařízení 110, která se může lišit od ní v provedení zejména integrovaného obvodu ASIC 230 zařízení 210 místo integrovaného obvodu ASIC 130 zařízení 110, přesněji řečeno ve vytvoření regulačního zařízení 216 zařízení 210, a tím ve vyhodnocování signálů MEMS neboli mikroelektromechanického systému 140, a jinak může být stejné jako zařízení 110. Dále je vychylovací zařízení 112 zařízení 210 provozováno kvazi staticky.

První detektor 115 světla zařízení 210 je vytvořen k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení skenování prostorové úhlové oblasti 115 nebo objektu přesně jedenkrát zjistil dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku 50 na místě odpovídajícím maximálnímu pozitivnímu vychýlení vychylovací ho zařízení 112. Druhý detektor 117 světla zařízení 210 je vytvořen k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení skenování prostorové úhlové oblasti přesně jedenkrát zjistil dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku 50 na místě odpovídajícím maximálnímu negativnímu vychýlení vychylovacího zařízení 112. První detektor 115 světla a druhý detektor 117 světla jsou uspořádány vždy v úvrati nebo v zóně úvrati periodického pohybu kolem rychlé osy 111 otáčení skenování nebo v blízkosti příslušné úvrati nebo zóny úvrati.

Regulační zařízení 216 zařízení 210 obsahuje interpolační zařízení 238, které je vytvořeno k tomu, aby zjistilo první hodnotu řídicí veličiny 62 v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku 50 na první detektor 115 světla a druhou hodnotu řídicí veličiny 62 v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku 50 na druhý detektor 117 světla. Toto interpolační zařízení 238 ie dále vytvořeno k tomu, aby interpolovalo další hodnoty řídicí veličiny 62 mezi zjištěnou první a druhou hodnotou řídicí veličiny 62, zejména v souvislosti s okamžiky dopadu na první detektor 115 světla, popřípadě na druhý detektor 117 světla, a aby vytvořilo interpolační signál 65. Řídicí veličina 62 se prostřednictvím regulačního zařízení 216 na základě tohoto interpolačního signálu 65 přizpůsobí, zejména opětovně kalibruje.

Obr. 6 znázorňuje schematicky vývojový diagram pro objasnění způsobu vychylování světelného paprsku podle ještě další formy provedení předloženého vynálezu. Tento způsob podle obr. 6 může být prováděn prostřednictvím zařízení podle vynálezu, zejména prostřednictvím jednoho ze zařízení 10, 110, 210, a příslušným způsobem přizpůsobitelně podle dalších provedení a variant popsaných ve vztahu k zařízení podle vynálezu, a obráceně.

V kroku S02 je vychylovací zařízení 12, 112 ovládáno prostřednictvím ovládacího signálu 60 pro skenování prostorové úhlové oblasti 115 prostřednictvím světelného paprsku 50 vychylovaného vychylovacím zařízením 12, 112 v periodickém pohybu. V případném kroku S01 může být k tomuto účelu použitý světelný paprsek 50 připraven, zejména vytvořen aktivačním zařízením 14.

V kroku S03 je, zejména periodicky, zjišťován dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku 50 na detekční zařízení 18, 118. V kroku S04 se na základě výsledku zjištění v kroku S03 vytvoří měřicí signál 61.

V kroku S05 se přizpůsobí ovládací signál 60 na základě měřicího signálu 61. Například může, jak už bylo popsáno s odkazem na zařízení 110, měřicí signál 61 obsahovat jeden bit, zejména může sestávat z jednoho bitu, který indikuje dopad nebo nenastalý dopad světelného paprsku 50 na detekční zařízení 18, 118, a amplituda vychylovacího zařízení 12, 112 se může zvětšit zejména tehdy, když měřicí signál 61 představuje logickou nulu, a zmenšit vždy tehdy, když měřicí signál 61 představuje logickou jedničku. Alternativně mohou být, jak bylo popsáno s odkazem na zařízení 210, hodnoty řídicí veličiny 62 interpolovány a mohou být použity pro kompenzační přizpůsobení řídicí veličiny 62, například prostřednictvím interpolačního zařízení 238 zařízení 210.

Ačkoli byl předložený vynález výše popsán na výhodných příkladech provedení, není na tyto

CZ 2018 - 204 A3 příklady omezen, nýbrž může být mnoha způsoby modifikován. Zejména může být vynález modifikován rozmanitým způsobem, aniž by došlo k vybočení z rozsahu vynálezu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení (10, 110, 210) pro vychylování světelného paprsku (50), s přestavitelným vychylovacím zařízením (12, 112), s regulačním zařízením (16, 116, 216), které je vytvořeno k tomu, aby vytvořilo ovládací signál (60), pomocí něhož je vychylovací zařízení (12, 112) pro skenování prostorové úhlové oblasti (115) ovládáno prostřednictvím světelného paprsku (50) vychylovaného vychylovacím zařízením (12, 112) v periodickém pohybu, a s detekčním zařízením (18, 118), které je vytvořeno k tomu, aby zjišťovalo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (18, 118), a na základě toho vytvořilo měřicí signál (61), přičemž regulační zařízení (16, 116, 216) je dále vytvořeno k tomu, aby na základě alespoň tohoto měřicího signálu (61) přizpůsobilo ovládací signál (60).
2. 2. Zařízení (110, 210) podle nároku 1, přičemž detekční zařízení (118) je vytvořeno k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy (111) otáčení skenování prostorové úhlové oblasti (115) alespoň jedenkrát zjistilo dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (118).
3. 3. Zařízení (110, 210) podle nároku 2, přičemž detekční zařízení (118) obsahuje první detektor (115) světla a druhý detektor (1 17) světla, které jsou vytvořeny k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy (111) otáčení skenování prostorové úhlové oblasti (115) vždy jedenkrát zjistily dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) na první a druhý detektor (115, 117) světla.
4. 4. ařízení (110, 210) podle jednoho znároků 1 až 3, přičemž vychylovací zařízení (112) je vytvořeno pro rezonanční provoz, přičemž ovládací signál (60) přizpůsobený na základě měřicího signálu (61) je vytvořen tak, že amplituda periodického pohybu se na základě měřicího signálu (61) zvětšuje nebo zmenšuje.
5. 5. Zařízení (110, 210) podle nároku 4, přičemž regulační zařízení (116) je vytvořeno k tomu, aby prostřednictvím přizpůsobeného ovládacího signálu (60) vždy zvětšilo nebo zmenšilo amplitudu periodického pohybu v za sebou následujících okamžicích měření, přičemž tato amplituda se zvětší vždy tehdy, když se detekčním zařízením (118) zjistí chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (118), a přičemž tato amplituda se zmenší vždy tehdy, když se detekčním zařízením (118) zjistí dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (118).
6. 6. Zařízení (110, 210) podle jednoho z nároků 1 až 3, přičemž vychylovací zařízení (112) je vytvořeno pro kvazi statický provoz, a přičemž detekční zařízení (118) obsahuje první detektor (115) světla a druhý detektor (117) světla,

   -9CZ 2018 - 204 A3 přičemž první detektor (115) světla je dimenzován k tomu, aby v každé periodě periodického pohybu kolem rychlé osy (111) otáčení skenování prostorové úhlové oblasti (115) zjistil přesně jedenkrát dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) v jednom místě odpovídajícím maximálnímu pozitivnímu vychýlení vychylovacího zařízení (112), a přičemž druhý detektor (117) světla je vytvořen k tomu, aby v jedné periodě periodického pohybu kolem rychlé osy (111) otáčení skenování prostorové úhlové oblasti (115) zjistil přesně jedenkrát dopad nebo chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) v jednom místě odpovídajícím maximálnímu negativnímu vychýlení vychylovacího zařízení (112).
7. 7. Zařízení (110, 210) podle nároku 6, přičemž regulační zařízení (216) může být pro vytvoření ovládacího signálu (60) ovládáno externí řídicí veličinou (62), přičemž zařízení (210) obsahuje interpolační zařízení (238), které je vytvořeno k tomu, aby zjistilo první hodnotu této řídicí veličiny (62) v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku (50) na první detektor (115) světla a druhou hodnotu této řídicí veličiny (62) v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku (50) na druhý detektor (117) světla, přičemž interpolační zařízení (238) je dále vytvořeno k tomu, aby interpolovalo další hodnoty této řídicí veličiny (62) mezi zjištěnou první a druhou hodnotou této řídicí veličiny (62), a přičemž tato řídicí veličina (62) se přizpůsobí pro ovládání regulačního zařízení (216) na základě těchto interpolovaných dalších hodnot této řídicí veličiny (62).
8. 8. Způsob vychylování světelného paprsku (50), s kroky:

   ovládání (S02) vychylovacího zařízení (12, 112) prostřednictvím ovládacího signálu (60) pro skenování prostorové úhlové oblasti (115) prostřednictvím světelného paprsku (50) vychylováného vychylovacím zařízením (12, 112) v periodickém pohybu, zjištění (S03) dopadu nebo chybějícího dopadu skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (18, 118), vytvoření (S04) měřicího signálu (61) na základě výsledku tohoto zjištění (S03), a přizpůsobení (S05) ovládacího signálu (60) na základě tohoto měřicího signálu (61).
9. 9. Způsob podle nároku 8, přičemž amplituda periodického pohybu vychylovacího zařízení (112) se zvětší vždy tehdy, když se detekčním zařízením (118) v jednom z více za sebou následujících okamžiků měření zjistí chybějící dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (118), a přičemž amplituda periodického pohybu vychylovacího zařízení (112) se zmenší vždy tehdy, když se detekčním zařízením (118) v jednom z mnoha za sebou navzájem následujících okamžiků měření zjistí dopad skenujícího světelného paprsku (50) na detekční zařízení (118).
10. 10. Způsob podle nároku 8, přičemž ovládání (S02) vychylovacího zařízení (112) se uskutečňuje v závislosti na externí řídicí veličině (62), přičemž první hodnota této řídicí veličiny (62) se zjistí v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku (50) na první detektor (115) světla a druhá hodnota této řídicí veličiny (62) se zjistí v okamžiku dopadu skenujícího světelného paprsku (50) na druhý detektor (117) světla,

    - 10CZ 2018 - 204 A3 přičemž další hodnoty této řídicí veličiny (62) se interpolují mezi zjištěnou první a zjištěnou druhou hodnotou této řídicí veličiny (62) a

    5 přičemž tato řídicí veličina (62) se přizpůsobuje na základě těchto interpolovaných dalších hodnot této řídicí veličiny (62).