-
Die
Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinheit mit wenigstens
einer Sendeeinheit zur Abstrahlung von Detektionslicht in einen
Detektionsbereich und wenigstens einer Empfangseinheit zum Nachweis
von aus dem Detektionsbereich reflektiertem oder remittiertem Detektionslicht,
und Verfahren zum Betreiben einer solchen optoelektronischen Sensoreinheit.
-
Optoelektronische
Sensoreinheiten werden zum Beispiel eingesetzt, um den Abstand eines
Objektes von der Sensoreinheit zu bestimmen. So sind Sensoren bekannt,
die nach dem Triangulationsprinzip arbeiten, wie es zum Beispiel
in
EP 12111478 A2 beschrieben
ist. Dabei wird ein ausgesandter Lichtfleck auf dem Objekt abgebildet,
dessen Abstand bestimmt werden soll, und vom Objekt auf einen ortsauflösenden Empfänger abgebildet.
Die Position des reflektierten und/oder remittierten Lichtflecks
auf dem Empfänger
ist von dem auch als Tastweite bezeichneten Abstand zwischen dem
Sensor und dem Objekt abhängig
und kann somit als ein Maß für den zu bestimmenden
Abstand verwendet werden. Dabei besteht die Gefahr, dass bei nachzuweisenden
Objekten im Nahbereich, das heißt
wenn sich das Objekt nahe der Empfangsoptik befindet, aufgrund des Triangulationseffektes
das empfangene Licht nicht mehr oder nur zu einem geringen Teil
auf die aktive Fläche
des Empfangselementes eingekoppelt wird.
-
Andere
Entfernungsmesseinrichtungen werten zum Beispiel die Laufzeit des
Detektionslichtes von der Sendeinheit über das zu detektierende Ob jekt
zur Empfangseinheit aus, um die Entfernung des Objektes zu berechnen.
Zum Beispiel bei der Detektion stark reflektierender Objekte oder
von Objekten, die sich sehr nahe an der Empfangsoptik befinden, kann
es dabei zu einer sehr hohen Signalleistungsdichte am Detektor und
damit zu einer unerwünscht hohen
Signaldynamik am Empfängerfrontend
kommen. So erhöht
sich die Signaldynamik indirekt proportional zum Quadrat des Abstandes,
so dass die unerwünscht
hohe Signaldynamik überproportional mit
dem abnehmenden Abstand zunimmt.
-
Andere
optoelektronische Sensoreinheiten dienen als Objektfeststellungssensor
und somit der Feststellung, ob sich ein Objekt in einem Überwachungsbereich
befindet oder nicht, wie es zum Beispiel in
DE 102 31 178 A1 beschrieben
ist.
-
Schließlich werden
optoelektronische Sensoren zum Beispiel auch in Abtastscannern,
wie zum Beispiel Barcodelesern, eingesetzt.
-
Auch
bei diesen Anwendungen kann es dazu kommen, dass zum Beispiel bei
stark reflektierenden Objekten oder Objekten, die sich nahe an der
Empfangsoptik der optoelektronischen Einheit befinden, ein Signal
sehr hoher Leistungsdichte auf das Empfangselement trifft und so
eine genaue Auswertung erschwert sein kann.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine optoelektronische Sensoreinheit
und Verfahren zum Betreiben optoelektronischer Sensoreinheiten anzugeben,
mit deren Hilfe eine bessere Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten
und Bedingungen möglich
ist.
-
Diese
Aufgabe wird mit einer optoelektronischen Sensoreinheit mit den
Merkmalen des Anspruches 1 und Verfahren zum Betreiben eines optoe lektronischen
Sensors mit den Merkmalen des Anspruches 14, des Anspruches 15 oder
des Anspruches 16 gelöst.
Unteransprüche
sind auf bevorzugte Ausgestaltungen gerichtet.
-
Eine
erfindungsgemäße optoelektronische Sensoreinheit
zeichnet sich durch wenigstens ein brennweitenveränderbares
optisches Element im Strahlengang des Detektionslichtes zwischen
der wenigstens einen Sendeeinheit und dem Detektionsbereich oder
im Strahlengang des aus dem Detektionsbereich zu der wenigstens
einen Empfangseinheit reflektierten oder remittierten Detektionslichtes aus.
-
Eine
erfindungsgemäße optoelektronische Sensoreinheit
kann zum Beispiel einen Objektfeststellungssensor, einen Distanzsensor,
der aus der Laufzeit des Detektionslichtes auf die Entfernung eines
Objektes zurückschließt, eine
Triangulationssensoreinheit oder einen Abtastscanner umfassen.
-
Mit
Hilfe des brennweitenveränderbaren
optischen Elementes kann das Detektionslicht, das zum Beispiel zur
Bestimmung des Abstandes oder des Vorhandenseins eines Gegenstandes
im Detektionsbereich eingesetzt wird, gezielt fokussiert oder aufgeweitet
werden.
-
Zum
Beispiel beim Detektieren stark reflektierender Objekte oder Objekten,
die sich im Detektionsbereich sehr nahe an der Empfängeroptik
befinden, kann durch gezieltes Aufweiten des Detektionslichtstrahles
mit Hilfe des brennweitenveränderbaren optischen
Elementes die Strahlungsleistungsdichte an der Empfangseinheit verringert
werden. Sowohl eine Überstrahlung
der aktiven Empfängerfläche (d.h.,
der Lichtfleck in der Empfängerebene
ist größer als
die aktive Empfängerfläche) als
auch die vollständige
Einkopplung (der Lichtfleck in der Empfängerebene ist kleiner oder
gleich der aktiven Empfängerfläche) lässt sich
realisieren. So kann die Strahlungsleistungsdichte derart eingestellt
werden, dass sie im für
den Empfänger
optimalen Bereich liegt.
-
Zum
Beispiel bei Anwendungen der erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensoreinheit
in einem Triangulationsdistanzmessverfahren trifft das aus dem Detektionsbereich
reflektierte oder remittierte Empfangslicht in der Regel nicht parallel
zur Strahlachse des von der Sendeeinheit ausgesendeten Sendelichts
auf die Empfangsoptik. Je nach Abstand des zu detektierenden Objektes
von der Empfangsoptik ist der Lichtfleck auf dem ortsauflösenden Empfangselement
räumlich
mehr oder weniger versetzt. Durch eine gezielte Aufweitung des Empfangslichtstrahls
mit Hilfe des brennweitenveränderbaren
optischen Elementes kann auch bei starken Versetzungen erreicht
werden, dass Detektionslicht auf die Empfangseinheit trifft. Insbesondere
im Nahbereich eines solchen Entfernungsmessgerätes kann auf diese Weise der
Sichtbereich erweitert werden.
-
Das
brennweitenveränderbare
optische Element kann sich zum Beispiel hinter einer Empfangslinse
befinden, um das durch die Empfangslinse in den Detektor eintretende
Detektionslicht stärker
oder schwächer
zu fokussieren.
-
Andererseits
kann das breitenweitenveränderbare
optische Element auch zwischen Sendelichtquelle und Detektionsbereich
angeordnet sein. Dadurch lässt
sich der Lichtfleck, den die Sendeeinheit auf das zu detektierende
Objekt schickt, in seiner Größe variieren.
Dies beeinflusst analog die Größe des Lichtflecks,
der vom Objekt durch die Empfängerlinse
auf dem Empfängerelement
abgebildet wird.
-
Als
brennweitenveränderbares
optisches Element können
zum Beispiel entsprechend verstellbare Linsensysteme im Strahlengang
vorgesehen sein. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
wird als brennweitenveränderbares
optisches Element ein Reflektor mit einstellbarer Brennweite verwendet.
Dies lässt
sich auf einfache Weise durch Verwendung eines Membranspiegels realisieren,
wie er zum Beispiel von U. Mescheder et al. in "Mikrotechnisch hergestellter
Membranspiegel für
aktive Fokussierung",
Horizonte 27, Dezember 2005, S. 16 bis 20 beschrieben ist.
Solche zum Beispiel parabolisch geformten Membranspiegel ermöglichen
auf einfache Weise durch Änderung
der Spiegelkrümmung
eine Änderung
der Brennweite.
-
Handelt
es sich bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensoreinheit zum Beispiel um einen Objektfeststellungssensor, so
ist vorteilhafterweise eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die
derart ausgestaltet ist, aus dem Signal der wenigstens einen Empfangseinheit
auf das Vorhandensein bzw. des Nichtvorhandenseins eines Objektes
im Detektionsbereich zu schließen
und ein entsprechendes Ausgabesignal zu erzeugen.
-
Handelt
es sich bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensoreinheit um einen Triangulationssensor, so weist die eine Empfangseinheit
wenigstens ein ortsauflösendes
lichtempfindliches Element auf. Eine Auswerteeinrichtung kann vorgesehen
sein, die derart ausgestaltet ist, aus der Position des empfangenen
Lichtsignals an der wenigstens einen Empfangseinheit auf die Distanz
eines Objektes im Detektionsbereich zu schließen.
-
Handelt
es sich bei der optoelektronischen Sensoreinheit um einen Lichtlaufzeit-Distanzsensor, so
kann eine Auswerteeinrichtung vorgesehen sein, die aus der Laufzeit
des Detektionsimpulses auf die Entfernung ei nes Objektes von der
optoelektronischen Sensoreinheit in dem Detektionsbereich schließen kann.
-
Andere
Ausgestaltungen sehen zum Beispiel die Verwendung hochfrequenzmodulierten
Sendelichtes vor, wobei die Phasenlage des Empfangslichtes in Bezug
zu der Phasenlage des Sendelichtes geprüft wird, um auf den Abstand
eines Objektes im Detektionsbereich zurückschließen zu können, was ebenfalls einer Laufzeitmessung
entspricht.
-
Eine
erfindungsgemäße optoelektronische Sensoreinheit
kann eine Steuereinrichtung aufweisen, mit deren Hilfe das brennweitenveränderbare optische
Element auf eine gewünschte
Brennweite eingestellt werden kann. Die Steuereinrichtung kann dazu
zum Beispiel das Signal der Auswerteeinrichtung in geeigneter Weise
auswerten.
-
Eine
Ausführungsform
einer solchen optoelektronischen Sensoreinheit weist eine Steuereinrichtung
auf, die die Brennweite des wenigstens einen brennweitenveränderbaren
optischen Elementes in Abhängigkeit
der Strahlungsleistungsdichte des aus dem Detektionsbereich reflektierten
bzw. remittierten Detektionslichtes an der wenigstens einen Empfangseinheit
auswertet. Übersteigt
zum Beispiel die Strahlungsleistungsdichte einen vorgegebenen Schwellwert,
so ändert
die Steuereinrichtung die Brennweite des brennweitenveränderbaren
optischen Elementes derart, dass das auf die Empfangseinheit fallende
Detektionslicht derart aufgeweitet wird, dass die Strahlungsleistungsdichte
wieder unter den Schwellwert fällt.
Auf diese Weise lässt
sich wirkungsvoll vermeiden, dass eine zu hohe Strahlungsleistungsdichte
an der Empfangseinheit auftrifft. Andererseits kann bei zu geringer
Strahlungsleistungsdichte die Brennweite derart geändert werden,
dass der Aufweitungsgrad des auf die Empfangs einheit fallenden Detektionslichtes
kleiner wird, um so die Strahlungsdichte zu erhöhen.
-
Bei
einer erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensoreinheit kann ein Lichtauskoppelkanal vorgesehen sein, wobei
das brennweitenveränderbare
optische Element derart angeordnet ist, dass bei Einstellung einer
geeigneten ersten Brennweite das von der wenigstens einen Sendeeinheit
ausgesendete Licht im Wesentlichen in den Lichtauskoppelkanal gesendet
wird und bei Einstellung einer anderen, zweiten Brennweite das Detektionslicht
im Wesentlichen in den Detektionsbereich gesendet wird. Dies ermöglicht ein
einfaches Signalmultiplexen zwischen dem Detektionsbereich und einem
anderen Raumbereich.
-
Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein optischer Sumpf, vorzugsweise
gebildet durch einen nicht-reflektierenden Bereich, z. B. an dem
brennweitenveränderbaren
optischen Element vorgesehen, der bei der Einstellung der zweiten
Brennweite verhindert, dass Detektionslicht in den Lichtauskoppelkanal
gelenkt wird.
-
Eine
einfache Ausgestaltung sieht vor, dass der Lichtauskoppelkanal durch
einen Lichtleiter gebildet wird.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Einsatz
eines brennweitenveränderbaren
optischen Elementes lässt
sich auf einfache Weise eine Referenzmessung implementieren. Bei
geeigneter räumlicher
Anordnung kann durch Veränderung
der Brennweite erreicht werden, dass das Licht der Sendeeinheit
in einen Referenzkanal gelenkt wird, ohne den Detektionsbereich
zu erreichen, so dass eine Referenzmessung durchgeführt werden
kann. Zum Beispiel kann zur Referenzmessung eine entsprechende Fokussierung
auf den Referenzlichtkanal vorgenommen werden. Gezielte Defokussierung mit
Hilfe des brennweitenveränderbaren
Elementes kann dann ausgenutzt werden, um das von der Sendeeinheit
ausgesendete Licht in den Detektionsbereich abzustrahlen und zur Messung
zu verwenden. Durch geeignet z. B. an dem brennweitenveränderbaren
optischen Element vorgesehene geschwärzte Bereiche oder Durchbrüche kann
außerdem
erreicht werden, dass in dieser defokussierten Einstellung des brennweitenveränderbaren
optischen Elementes kein Licht in Richtung des Referenzkanals strahlt.
-
Die
Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen
Sensors gelöst,
bei dem die Strahlungsleistungsdichte des Detektionslichtes an der
wenigstens einen Empfangseinheit mit Hilfe wenigstens eines brennweitenveränderbaren
optischen Elementes im Strahlengang des Detektionslichts eingestellt
wird. Dieses Verfahren ermöglicht
eine wünschenswerte
Pegelanpassung, zum Beispiel um durch Verringerung der Strahlungsleistungsdichte
am Empfangselement die Einstellgenauigkeit zu erhöhen.
-
Bei
einem anderen Verfahren zur Lösung
der Aufgabe wird die Konvergenz des Detektionslichts derart eingestellt,
dass das Detektionslicht auf die wenigstens eine Empfangseinheit
trifft. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel vorteilhaft, wenn
ein Detektionsverfahren durchgeführt
wird, bei dem der Lichtfleck auf der Empfangseinheit von der Lage
eines zu detektierenden Objektes im Detektionsbereich abhängt. Um
zu vermeiden, dass bei einer ungünstigen
Lage des Objektes der Lichtfleck nicht auf die Empfangseinheit trifft,
kann durch gezielte Aufweitung des Detektionslichts mit Hilfe des
brennweitenveränderbaren
optischen Elementes erreicht werden, dass dennoch eine ausreichende
Lichtstärke am
Empfangselement auftrifft.
-
Mit
einem analogen Verfahren kann z. B. auch bei einem System, das eine
Lichtzeitmessung durchführt,
und bei dem eine Optik mit Pupillenteilung realisiert ist, im Nahbereich
für eine
sichere Lichteinkopplung an der Empfangseinheit gesorgt werden.
-
Bei
einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren
zur Lösung
der Aufgabe wird mit Hilfe des brennweitenveränderbaren optischen Elementes
die Konvergenz des Detektionslichtes derart eingestellt, insbesondere
fokussiert, dass es möglichst
vollständig
auf einen Referenzkanal trifft, wenn eine Referenzmessung durchgeführt werden
soll. Die Konvergenz des Detektionslichts wird andererseits derart eingestellt,
insbesondere defokussiert, dass es möglichst vollständig in
den Detektionsbereich gesendet wird, wenn eine Detektionsmessung
durchgeführt wird.
-
Durch
die gezielte Defokussierung bei der Durchführung dieses Verfahrens wird
erreicht, dass das Detektionslicht an dem Referenzkanal vorbei in den
Detektionsbereich trifft. Zum Beispiel durch einen optischen Sumpf
kann erreicht werden, dass dabei kein Detektionslicht in den Referenzkanal
gelenkt wird.
-
Mit
diesem geschilderten erfindungsgemäßen Verfahren ist auch ein
Umschalten zwischen zwei Kanälen
möglich,
ohne dass es sich dabei notwendigerweise um einen Mess- und einen
Referenzkanal handeln müsste.
-
Weitere
Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
und deren Vorteile ergeben sich in analoger Weise entsprechend den
geschilderten Vorteilen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors.
-
Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden
Figuren im Detail erläutert.
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Messung der Distanz
eines Objektes in einem Detektionsbereich,
-
2 zeigt
in schematischer Darstellung die Anordnung in einem anderen Betriebszustand,
-
3 zeigt
in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Messung der Distanz
eines Objektes in einem Detektionsbereich mit einem Triangulationsverfahren,
-
4 zeigt
in schematischer Darstellung die Anordnung der 3 in
einem anderen Betriebszustand,
-
5 zeigt
in schematischer Darstellung eine Anordnung mit einer Referenzlichtmessung,
und
-
6 zeigt
in schematischer Darstellung die Anordnung der 5 in
einem anderen Betriebszustand.
-
Gleiche, ähnliche
oder funktionsähnliche Elemente
sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
-
1 zeigt
in schematischer Darstellung den Ausschnitt aus einer Anordnung
zur Messung der Distanz eines nicht dargestellten Objektes in einem
Detektionsbereich 52. Insbesondere ist die Empfangsoptik
dargestellt. Bezugsziffer 12 bezeichnet Licht, das zum
Beispiel nach Reflexion an dem Objekt aus dem Detektionsbereich 52 auf
die Empfangslinse 14 trifft. Bezugsziffer 16 bezeichnet
das von der Empfangslinse 14 kollimierte Licht. Der Membranspiegel 18 besteht
zum Beispiel aus kristallinem Silizium und ist gegenüber einer
Gegenelektrode 19 angeordnet. Der Membranspiegel 18 und
die Gegenelektrode 19 sind mit einer Steuerung 24 verbunden, die
in an sich für
Membranspiegel bekannter Weise entsprechende Potenziale erzeugen
kann, die zu einem elektrischen Feld zwischen dem Membranspiegel 18 und
der Gegenelektrode 19 führen.
Anlegen eines geeigneten Potenzials an die Gegenelektrode 19 führt insbesondere
zur Verformung des Membranspiegels 18. 1 zeigt
den Zustand, in dem ein anziehendes Potential zwischen Gegenelektrode 19 und
Membranspiegel 18 eingestellt ist und der Membranspiegel
gekrümmt
ist. Vom Membranspiegel 18 wird das Licht 16 in
den Strahlengang 20 zu einer Empfangseinheit 10 abgelenkt,
die mit einer Auswerteelektronik 26 verbunden ist und zum
Beispiel eine Photodiode umfasst. Die Auswerteelektronik kann in noch
zu erläuternder
Weise mit der Steuerung 24 zusammenwirken.
-
2 zeigt
die Anordnung mit entspanntem Membranspiegel 18, so dass
das von dem Membranspiegel 18 reflektierte Licht 30 weniger
fokussiert ist und insofern eine größere Fläche bei geringerer Strahlungsleistungsdichte
abdeckt.
-
Die
Anordnung kann wie folgt eingesetzt werden. Von einer nicht gezeigten
Sendelichteinheit wird Licht in Richtung des Detektionsbereiches 52 geschickt.
Dort trifft es auf einen gegebenenfalls vorhandenen zu detektierenden
Körper,
der das Licht reflektiert. Das reflektierte Licht 12 tritt
in beschriebener Weise in die Empfangsoptik ein. Von dem im Zustand der 1 gekrümmten Membranspiegel 18 wird
das Licht auf einen Punkt der Empfangseinheit 10 reflektiert.
Aus der Laufzeit des Detektionslichtes von der Sendelichteinheit
bis zur Empfangseinheit 10 kann die Auswerteein richtung 26 unter
Berücksichtigung der
Lichtgeschwindigkeit zum Beispiel auf den Abstand des Objektes im
Detektionsbereich 52 zurückschließen.
-
Insbesondere
bei der Detektion stark reflektierender Gegenstände oder Gegenständen, die
sehr nahe an der Empfangseinheit sind, kann es vorkommen, dass die
Strahlungsleistungsdichte an der Empfangseinheit 10 sehr
hoch und insofern die Messgenauigkeit eingeschränkt ist. Um ein solches "Überbelichten" zu verhindern, kann
mit Hilfe des Membranspiegels 18 der Fokussierungsgrad
des von ihm reflektierten Lichtes 20, 30 geändert werden.
In 2 ist ein Zustand gezeigt, bei dem der Membranspiegel 18 entspannt
ist, indem zum Beispiel das Potenzial auf der Gegenelektrode 19 zu
Null eingestellt wurde. Das von dem Membranspiegel 18 reflektierte Licht 30 ist
weniger fokussiert und deckt dementsprechend eine größere Fläche bei
geringerer Leistungsdichte ab. Auf diese Weise ist eine Pegelanpassung möglich.
-
Die
Pegelanpassung kann manuell an der Steuerung 24 durch Anlegen
entsprechender Potenziale an den Membranspiegel 18 bzw.
die Gegenelektrode 19 eingestellt werden. In nicht gezeigter Weise
kann aber auch die Auswerteeinrichtung 26 mit der Steuereinheit 24 verbunden
werden, um bei einem zu hohen Leistungspegel automatisch eine entsprechende
Einstellung des Membranspiegels zu bewirken. Ebenso kann die Steuereinheit
ausgestaltet sein, um bei zu niedrigem Leistungspegel eine entsprechende
Einstellung des Membranspiegels zu bewirken.
-
Durch
geeignete Einstellung der Potentialdifferenz wischen Membranspiegel 18 und
Gegenelektrode 19 können
kontinuierlich unterschiedliche Krümmungen und damit Leistungsdichtepegel
an der Empfangseinheit 10 eingestellt werden.
-
Bei
einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform befindet sich das
brennweitenveränderbare
optische Element im Strahlengang des Sendelichtes auf dem Weg zum
Detektionsbereich 52.
-
Die 3 und 4 zeigen
eine Ausführungsform
eines Distanzmessgerätes,
das auf dem Triangulationsprinzip beruht. Sendelicht von einer nicht
gezeigten Sendelichtquelle wird in Richtung des Detektionsbereichs 52 geschickt.
Je nach Abstand des Objektes im Detektionsbereich 52 verändert sich in
für Triangulationsverfahren
an sich bekannter Weise der Winkel, unter dem das vom Objekt reflektierte Detektionslicht 12 auf
die Empfangsoptik 14 fällt.
-
Das
Empfangselement 10 ist hier als ortauflösender Detektor, zum Beispiel
als eine Reihe oder eine Matrix von Fotodioden, ausgebildet. Aus
dem Auftreffpunkt des Lichtes 20 auf dem Empfangselement 10 kann
die Auswerteeinrichtung 26 auf den Abstand eines Objektes
im Detektionsbereich 52 in an sich für Triangulationsverfahren bekannter
Weise zurückschließen.
-
Insbesondere,
wenn das zu detektierende Objekt sich sehr nah an der Empfangslinse 14 befindet,
kann es bei solchen Verfahren vorkommen, dass das Licht 20 überhaupt
nicht mehr auf die Empfangseinheit 10 trifft. Durch gezielte
Aufweitung des von dem Membranspiegel 18 reflektierten
Lichtes 20, 30 kann erreicht werden, dass dennoch
eine ausreichende Menge Empfangslicht auf die Empfangseinheit 10 trifft,
wie es in 4 dargestellt ist. Die Auswerteeinheit 26 berücksichtigt
bei der Bestimmung des Abstandes nach dem Triangulationsverfahren die
Stellung des Membranspiegels 18.
-
In
den 3 bzw. 4 ist jeweils ein Zustand bei
gekrümmtem
Membranspiegel 18 bzw. entspanntem Membranspiegel 18 gezeigt.
Die Erfindung ist aber nicht auf diese beiden Stellungen beschränkt. Bei
entsprechender Anordnung der einzelnen Elemente können auch
unterschiedliche Krümmungsradien
verwendet werden, um das Licht entsprechend zu manipulieren.
-
In ähnlicher
Weise wie für
die Triangulationsmessung der 3 und 4 erläutert, kann
durch die erfindungsgemäße Verwendung
eines brennweitenveränderbaren
optischen Elements auch bei Systemen, die eine Lichtlaufzeitmessung
durchführen und
eine Optik mit Pupillenteilung aufweisen, im Nachbereich für eine sichere
Lichteinkopplung gesorgt werden, um Blindbereiche zu vermeiden.
-
Die 5 und 6 zeigen
eine Anordnung, mit der eine Referenzlichtmessung möglich ist.
Sendelicht 40 wird von einer Sendelichtquelle 50 ausgesendet.
Bei gekrümmtem
Membranspiegel 18 wird dieses Licht in einen kollimierten
Strahlengang 42 abgelenkt, der vollständig auf einen Lichtleiter 46 trifft. Aus
dem Lichtleiter tritt das Licht 48 auf die Empfangseinheit 10.
In der in 5 gezeigten Anordnung wird das
Licht der Sendelichtquelle 50 also vollständig durch
den Lichtleiter 46 auf die Empfangseinheit 10 gelenkt
und kann zur Referenzmessung verwendet werden.
-
Die
tatsächliche
Detektionsmessung ist in 6 dargestellt. Der Membranspiegel 18 ist
entspannt, so dass ein Großteil
des von ihm reflektierten Lichtes 44 in den Detektionsbereich 52 gelenkt
wird. Dort wird es von einem gegebenenfalls vorhandenen Objekt reflektiert
und trifft als reflektiertes Licht 12 auf die Empfangslinse 14 und
wird durch diese im Strahlengang 16 auf die Empfangseinheit 10 kollimiert.
-
Auf
dem Membranspiegel 18 ist ein geschwärzter Bereich 54 vorgesehen.
In der Stellung des Membranspiegels 18, die in 6 gezeigt
ist, zeigt sich, dass mit diesem "optischem Sumpf" verhindert wird, dass während der
Detektionsmessung Licht auf den Referenzlichtleiter 46 gelenkt
wird. Alternativ zu dem geschwärzten
Bereich 54 kann eine Unterbrechung des Membranspiegels 18 an
der entsprechenden Stelle vorgesehen sein.
-
Der "optische Sumpf" muss nicht notwendigerweise
mit dem Membranspiegel 18 verbunden sein oder Teil von
ihm sein, solange er wirksam verhindert, dass während der Reflektionsmessung
Licht auf den Referenzlichtleiter gelenkt wird.
-
Die
Ausgestaltung der 5 und 6 zeigt ein
Beispiel des Signalmultiplexens zwischen Messkanal und Referenzkanal,
das mit dem erfindungsgemäß verwendeten
brennweitenveränderbaren
optischen Element ermöglicht
wird.
-
Analog
ist ein Signalmultiplexen zwischen mehreren Kanälen möglich, ohne dass es sich dabei um
einen Mess- oder einen Referenzkanal handeln müsste.
-
Die
erfindungsgemäße Anwendung
der aktiven Optik ermöglicht
eine Fokusverstellung, mit welcher sich eine Kanaltrennung bzw.
eine schnelle Kanalumschaltung zum Beispiel zwischen Messpfad und
Referenzpfad erreichen lässt.
Ferner kann sie durch Fokussierung und Defokussierung den Empfängerspot
derart beeinflussen, dass das Empfangselement genau im Fokus des
Empfangspfades liegt, oder zur Pegelanpassung geeignet überstrahlt
wird. Bei optischen Systemen mit einem Basisabstand zwischen Sendeachse
und Empfangsachse, wie zum Beispiel bei Triangulationsverfahren,
kann durch geeignete Fokuseinstellung eine Sichtbereichs erweiterung
im Nahbereich realisiert werden. Die einzelnen geschilderten und
beanspruchten Ausführungsformen
können
auch kombiniert werden.
-
- 10
- Empfangseinheit
- 12
- aus
dem Detektionsbereich reflektiertes Licht
- 14
- Empfangslinse
- 16
- von
der Empfangslinse kollimiertes Licht
- 18
- Membranspiegel
- 19
- Gegenelektrode
- 20
- von
dem Membranspiegel reflektiertes Licht
- 24
- Steuerung
- 26
- Auswerteeinrichtung
- 30
- von
dem Membranspiegel reflektiertes Licht
- 40
- Sendelicht
- 42
- von
dem Membranspiegel reflektiertes Licht
- 44
- Detektionslicht
- 46
- Lichtleiter
- 48
- Referenzlicht
- 50
- Sendeeinheit
- 52
- Detektionsbereich
- 54
- geschwärzter Bereich