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Es gibt eine Reihe von ein- und mehrstrahligen optischen Laufzeitsensoren mit und ohne mechanischer Abtastung die in folgenden Schriften
beschrieben sind.
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Nachteile dieser Laufzeitsensoren sind:
- – die Ansteuerbaugruppen der Laser sind ständig unter Betriebsspannung und haben daher einen hohen Leistungsverbrauch und zur Vermeidung des Übersprechens der einzelnen Lasertreiber untereinander sind aufwendige Zusatzmaßnahmen erforderlich.
- – bei mechanischer Abtastung im Winkelbereich über 120° ist in die Rotoren eine komplexe Elektronik zu integrieren.
- – die Höhe der Abtastrate ist bei Schaltungen, die in allen Betriebs- und Fehlerarten die Augensicherheit gewährleisten stark begrenzt.
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Aus
US 5790244 A und
US 5780999 A sind jeweils optische Pulslaufzeitsensoren bekannt mit einer Baueinheit für die Lichtimpulserzeugung mittels Laser, einer Baueinheit für den Empfang der von Objekten rückgestreuten Signale und einer Baueinheit für die Auswertung der empfangenen Signale zu Abständen. Bei dem Sensor gemäß
US 5790244 A wird die Erzeugung der Strompulse zum Betrieb des Pulslasers durch Entladung eines Kondensators über einen Avalanchetransistor bewerkstelligt. Dabei wird mittels der Schaltung gemäß
US 5780999 A ein Kondensator durch fortlaufende Entladung einer Induktivität über ein Diodenpaar und Widerstände laufend aufgeladen. Aus
US 5696657 A ist ein optischer Pulslaufzeitsensor mit einer Avalanchephotodiode bekannt, für deren Betrieb eine Gleichspannung von beispielsweise 130 Volt vorgesehen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es bei ein- und mehrstrahligem optischen Laufzeitsensor für die Laseransteuerung hohe Ströme zu verwenden und einen niedrigen Gesamtstromverbrauch bei gleichzeitig niedrigem Bauelementeaufwand zu erreichen. Mit der Erfindung soll zugleich erreicht werden, dass sowohl die Laserleistung als auch die Detektionsempfindlichkeit bei sehr hoher Impuls- und Messrate jeweils zwischen den Messungen gesteuert werden kann. Um auch bei scannenden Sensoren eine hohe Abtastrate und damit eine hohe Drehzahl der Sensorrotoren zu erzielen, soll der Bauteile und Masseaufwand im Rotor drastisch reduziert werden. Außerdem soll durch die Schaltungstechnik zugleich eine erhöhte Sicherheit bei der Einhaltung der Grenzwerte für die Augensicherheit erreicht werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der 1 bis 8 beschrieben.
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In 1 ist ein mehrstrahliger Laufzeitsensor 101 beschrieben der die einzelnen Laserdioden 103a bis 103c über je einen Impulsschaltung 102 zeitlich sequentiell ansteuert. Über die Schnittstelle 105 wird die Stufe 102 jeweils vor einem Laserimpuls mit der nötigen Versorgungsspannung gespeist. Die Laser 103a bis 103c werden über die Optik 104 auf die zu vermessende Szene abgebildet. Die von der Szene rückgestreuten Impulse gelangen über den optischen Filter 111 und die Empfangsoptik 110 auf z. B. eine Fotodiodenzeile bestehend aus den Detektoren 109a bis 109c. Das Filter 111 kann je nach Auslegung der Optik auch hinter die Empfangslinse angebracht sein. Die Einheit 108 enthält den Multiplexer und die Verstärkerstufen. Bei Verwendung von z. B. Detektoren nach dem Avalanche-Prinzip wird über die Schnittstelle 122 durch die Einheit 112 jeweils vor dem Zeitfenster in dem der Empfang erwartet wird, die Einheit 108 mit der nötigen Versorgungsspannung für diese Detektoren gespeist. Die Signale gehen nach dem Multiplexer in Stufe 108 über die Schnittstelle 122 und die Stufe 112 über die Schnittstelle 123 zur Zeitsteuerung und Vorauswertung 114, die über die Schnittstelle 107 auch die Laser steuert. Die Gesamtsteuerung und Endauswertung der Signale zu Entfernungen und die Weiterverarbeitung der Entfernungen zu einem Tracking der Objekte erfolgt in der Baueinheit 116 durch z. B. einen Mikroprozessor.
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Die Einheiten 114 und 116 sind mit der Schnittstellenbaustein 117 über den Bus 115 verbunden. Der Schnittstellenbaustein 117 enthält auch die Stromversorgung der gesamten Elektronik über die Verbindungen 118a und 118b sowie die Schnittstelle nach außen 121 und die Spannungsversorgung von außen über die Eingänge 119 und 120. Die Funktion der Bausteine 102 und 106 ist in 2 dargestellt.
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Im Baustein 102 befindet sich die Laserzeile 201 mit der gemeinsamen Kathode 209 und den einzelnen Anoden der Emitter 103a, 103b und 103c wobei diese Zeile bei 203 unterbrochen ist, da z. B. bis zu 250 Emitter und mehr verwendet werden können. Das System funktioniert auch mit einem Ermitter.
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Die Ansteuerung der einzelnen Emitter erfolgt in diesem Beispiel mit den Transistoren 204a bis 204c die zur Erzeugung kurzer Hochstromimpulse im Bereich von 40 A und 5–10 ns Halbwertsbreite im Avalanche-Durchbruch betrieben werden.
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Die Transistoren werden über jeweils die Trennimpulstrafos 205a bis 205c über je ein Netzwerk 205a bis 205c über den Multiplexer 207 an ihrer Basis angesteuert. Die Pulsenergie wird dabei in einen oder mehreren Kondensatoren z. B. 210a und 210b gespeichert. Die Ladung der Kondensatoren erfolgt über die Einheit 106, in der ein Leistungsschalter 211 eine Induktivität 212 über eine Niederspannungsversorgung 220 von z. B. 12 V oder 24 V bestromt.
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Der Leistungsschalter 211, in diesem Fall z. B. als Feldeffekttransistor gezeichnet, wird über den Mikroprozessor 215 vor der Pulserzeugung eine definierte Zeit eingeschaltet und dann abgeschaltet. Bei der Abschaltung gibt die Induktivität die gespeicherte Energie ab und lädt damit die Kondensatoren 210a und 210b über die Diode 213 und die Leitung 222 auf die benötigte Spannung auf. Diese Aufladung kann durch den niedrigen Innenwiderstand der Induktivität extrem schnell erfolgen z. B. im Bereich unter einer Mikrosekunde. Das kann mit konstanter Stromversorgung und Aufladung über Widerstände oder Konstantstromquelle nicht erreicht werden. Außerdem übernimmt diese Schaltung zugleich die Erzeugung der notwendigen höheren Spannung im Bereich von einigen 100 V. Die Ladespannung wird über den Spannungsteiler aus den Widerständen 216 und 217 im Mikroprozessor 215 gemessen. Die für eine bestimmte Ladespannung benötigte Ladezeit der Induktivität 212 wird beim Einschaltselbsttest gemessen und im Mikroprozessor 215 gespeichert. Der jeweilige Laserimpuls wird über die Schnittstelle 221 über den Prozessor 215, die Schnittstelle 218 und den Baustein 207 der vorher über die Schnittstellen 219 und 218 auf den jeweiligen Laser eingestellt ist, ausgelöst. Durch die Wahl der Ladezeiten im Mikroprozessor 215 kann die Ladespannung an den Kondensatoren auch zwischen den Impulsen und damit die Pulsenergie jedes Impulses oder und jedes Lasers eingestellt werden. Damit können auch unterschiedliche Leistungen der einzelnen Laser in einer Laserzeile oder einem Laserarray ausgeglichen werden.
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Um die Hochstromimpulse zu erzeugen, können auch entsprechend 2a Feldeffekttransistoren 229a, 229b und 229c anstatt der Bipolartransistoren 204a bis 204c verwendet werden. Für die sehr kurzen Impulse und die kurzen Betriebszeiten können Feldeffekttransistoren mit sehr kleinen Chipflächen und damit kleinen Kapazitäten verwendet werden.
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Bei dieser Schaltung ist auch die Induktivität 212 als Transformator mit zwei annähernd gleichen Wicklungen 230 und 231 ausgeführt. Damit kann nur die in der Induktivität gespeicherte Energie als Impuls abgegeben werden. Dadurch wird selbst bei Ausfall aller Komponenten nur maximal diese Energie in den Kondensatoren 210a und 210b gespeichert werden und damit an die jeweilige Laserdiode abgegeben werden. Durch diese Maßnahme ist bei allen Fehlern in der Schaltung immer die Augensicherheit gewährleistet. Die gleiche Anordnung ist auch für die Bipolartransistoren wie in 2 gezeigt anwendbar.
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Gegenüber der 2 ist entsprechend 2b die Einheit 106 durch eine erweiterte Einheit 228 ersetzt. Die Lasersteuerung und die Aufladung der Speicherkondensatoren entspricht der Beschreibung zu 2
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In der Einheit 228 ist ein zusätzlicher Baustein 227 untergebracht, der mit dem Bus 229 mit dem Mikroprozessor 215 verbunden ist. Zusätzlich ist der Baustein 227 mit der jeweiligen Anode der Laseremitter 103a, 103b und 103c über die Widerstände 223, 224 und 225 verbunden.
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Der Baustein 227 dient einerseits zur Messung der Sperrschichttemperatur der einzelnen Laser über die Messung der Spannung bei Beaufschlagung mit einem Konstantstrom, andererseits über die Einspeisung eines Stromes unterhalb des Schwellstromes der Laser zur zusätzlichen Heizung der Emitter 103a bis 103c. Die Steuerung des Bausteins 227 in Bezug auf Funktion und Zeit erfolgt über den Bus 229 durch den Mikroprozessor 215.
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Bei 2b wird die bekannte Abhängigkeit der Wellenlänge von der Temperatur z. B. 0,3 nm/°K benützt um die Wellenlänge der emittierten Impulse zu steuern. Zur Temperaturmessung wird die bekannte Abhängigkeit der Durchlassspannung der Emitter bei Stromeinprägung von der Temperatur benützt. Die jeweiligen Daten, wie Temperatur und Funktion der Durchlassspannung und emittierten Wellenlänge als Funktion der Temperatur, sind im Mikroprozessor gespeichert. Eine über alle Betriebsbedingungen möglichst konstante Wellenlänge der Laser ist dann notwendig, wenn vor die Empfänger z. B. Interferenzfilter 111 entsprechend 1 mit möglichst geringer Durchlassbandbreite eingesetzt werden um das Rauschen bei Umgebungslicht zu minimieren.
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Bei der Anordnung entsprechend 2b erfolgt sowohl die Messung der Sperrschichtspannungen als auch die Heizung der Emitter über die gleichen Widerstände 223 bis 225.
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Da beim Betrieb der Laser mit sehr kurzen Impulsabständen oder sich ändernden Impulsabständen und Impulsleistungen auch während der Impulserzeugung eine Temperaturänderung oder auch Störung auftreten kann, wird die Schaltung entsprechend 2c durch eine Messanordnung erweitert. Dabei wird in den Strahlengang 229 der Laserzeile 201 z. B. eine Glasscheibe mit einer Neigung von z. B. 45° gegenüber dem Strahlengang 229 eingeführt, die so oberflächenbehandelt ist, dass nur ein extrem kleiner Bruchteil der Strahlungsleistung über die Optik 230 und über das Interferenzfilter 231 auf die Monitordiode 232 geführt wird. Der kleine Bruchteil der Strahlungsleistung kann auch über die Optik 230 und den Lichtleiter 233 direkt über das Filter 111 auf eine oder die Fotodioden 109a–109c geführt werden. Hierbei kann das Filter 111 auch hinter der Empfangslinse 110 angebracht sein. Die übrige Laserleistung wird über die Sendelinse 104 auf die zu vermessende Szene abgestrahlt.
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Die Daten des Interferenzfilters 231 entsprechen genau den Daten des Interferenzfilters 111 das gemäß 1 am Empfänger verwendet wird. Durch die Optimierung der Pulsleistung, die an der Monitordiode 232 oder an den Fotodioden 109a–109c gemessen wird, kann die Temperatur an den Emittern durch den Strom über die Widerstände 223 bis 224 und oder über die Erhöhung der Pulsfolgefrequenz so eingestellt werden, dass auch eine optimale Detektion von kleinen Signalen über das Interferenzfilter 111 möglich ist.
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Die Ablaufsteuerung entsprechend der 2, 2a, 2b und 2c ist schematisch in 3 gezeigt. Die Zeitachse ist jeweils mit 301 bezeichnet. Der Ladestrom und die Messzeit sind in 302 dargestellt. Die Ladespannung in 303, die Stromimpulse in 304 und die Triggerimpulse in 305.
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Wird der Ladestrom bei der Zeit 306 gestartet und die Abschaltung des Ladestromes erfolgt bei der Zeit 308, so wird z. B. die Kapazität 210a und 210b auf die Spannung 312 aufgeladen. Folgt die Abschaltung erst zum Zeitpunkt 309, so wird die Kapazität 210a und 210b auf die höhere Spannung 314 aufgeladen. Die Anstiegszeiten der Aufladung der Kapazität 210 (210a und 210b) auf die Spannung sind sehr kurz z. B. im Bereich von kleiner 1 μs. Die Aufladezeiten sind bei der Spannung 312 mit 311 und bei der Spannung 314 mit 313 gekennzeichnet. Nach der Ladung der Kapazität können die Leistungsschalter getriggert werden. Wird z. B. bei der Ladespannung 312 ein Triggerimpuls 315 an einen Leistungsschalter 205a bis 205c gegeben, so wird die Laserdiode mit dem Stromimpuls 316 beaufschlagt. Wird bei der höheren Ladespannung 314 der Triggerimpuls 318 auf einen Leistungsschalter 205 gegeben, so wird die Laserdiode mit dem entsprechend höheren Stromimpuls 319 beaufschlagt. Damit kann von einem Sendeimpuls zum anderen der Impulsspitzenstrom über die Laserdiode eingestellt werden. Gemäß 2b wird die Durchlassspannung 310 an der jeweiligen Laserdiode im Zeitraum zwischen den Impulsen in der Zeit 322 gemessen um die Lasertemperatur zu ermitteln.
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Die Spannung an dem jeweiligem Emitter ist mit 310 gezeigt. Das Diagramm zeigt, dass durch die Stromimpulse und die Erwärmung des Emitters nach dem Impuls in dieser Zeit der Impulsabgabe die Durchlassspannung nicht der Temperatur entspricht. Ist die Temperatur zu niedrig, können über die Widerstände zwischen den Impulsen im Zeitbereich 325 die Laserdioden durch Stromfluss geheizt werden bevor die nächste Impulsgruppe 306a angesteuert wird. Dieser Heizstrom, der um eine Abstrahlung der Laser zu vermeiden, unter dem Schwellstrom liegen soll, kann auch dauernd bis zum Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur eingeschaltet sein.
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Wird entsprechend 2c die Wellenlänge zur Temperaturermittlung gemessen, findet dies bei der Impulsabgabe zur Entfernungsmessung im Zeitbereich 323 und 324 statt. Damit können pro Laserimpuls und pro Laserdiode die Werte der Aufheizung so eingestellt werden, dass eine optimale Nutzung des Filters 111 gegeben ist.
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Werden entsprechend 1 für eine Empfangsdiodenzeile mehrer integrierte Empfangsdioden 109a, 109b und 109c verwendet, so kann deren Versorgungsspannung erfindungsgemäß auch entsprechend 4 erzeugt und für jeden Empfangsimpuls und jede Empfangsdiode individuell eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann erforderlich wenn als Empfangsdioden Elemente mit internen Verstärkung nach dem Lawinenprinzip sogenannte Avalanchedioden (APD's) Verwendung finden. Das Einschalten und damit die Beaufschlagung mit der Sperrspannung dieser Elemente kann damit auf den Zeitbereich beschränkt werden in dem das Empfangssignal erwartet wird. Damit wird eine unnötige Erwärmung durch den Reststrom oder den Fotostrom, erzeugt durch das Umgebungslicht, vermieden. Durch diese Maßnahme kann eine höhere Sperrspannung zur Erhöhung der internen Verstärkung angewendet werden. Dies führt zu einem verbesserten Signal-Rauschverhältnis. Da die Kapazität 416 bereits vor der jeweiligen Messung aufgeladen wird, bleibt auch die Sperrspannung am Detektor während der Abstandsmessung völlig störungsfrei.
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In 4 ist eine Diodenzeile mit den Empfangsdioden 109a, 109b und 109c mit der gemeinsamen Anode 401 dargestellt. Die Kathoden der Empfangsdioden werden jeweils z. B. einem Transimpedanzverstärker 403a, 403b und 403c zugeführt. Dort wird der Fotostrom in eine Spannung gewandelt. Die jeweilige Spannung gelangt über den Multiplexer 406, der über den Bus 407 entsprechend gesteuert wird, über die Koaxleitung 408 zum Baustein 108 im System entsprechend 1. Der Multiplexer 406 und die Zeile 401 sind jeweils mit dem Zeichen 405 getrennt, um darzustellen, dass diese Bauteile z. B. auch 250 und mehr Empfangsdioden enthalten können.
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Die Erzeugung der Sperrspannung für die Anode 401 geschieht über den Baustein 409 der den mit z. B. 12 V (421) betriebene Feldeffekttransistor 410 so ansteuert, dass in der Induktivität 411, eine über den Bus 407 eingestellte Zeit, Strom fließt. Wird nach der eingestellten Zeit der Stromfluss unterbrochen, wird über die in der Induktiviät 411 gespeicherte Energie über die Diode 414 die Kapazität 416 aufgeladen. Diese Spannung geht über eine sehr kleine Abblockkapazitä 418 über die Schutzwiderstände 417 und 419 direkt auf die Anode der Avalanchediode. Diese Spannung wird über den Spannungsteiler aus den Widerständen 414 und 415 im Baustein 409 beim Einschalttest und oder bei jedem Impuls gemessen und gespeichert. Damit können für die nächsten Einstellungen die Stromflusszeiten genau definiert werden. Nach der Messzeit wird die Sperrspannung, gesteuert durch den Baustein 409 über den Transistor 422 und dem Widerstand 423 abgeschaltet. In 4 sind alle Massepunkte mit 404 bezeichnet. Die Hilfsspannungen sind für 12 V mit 421 und für 5 V mit 420 gekennzeichnet. Die gesamte Schaltungseinheit entsprechend 4 ist im Blockschaltbild in Baustein 108 entsprechend 1 untergebracht, wobei die Verbindungen 122 in 4 mit 420 für 5 V, 421 für 12 V, 407 für Steuerbus und 408 für Lasertrigger einzeln bezeichnet sind. Mit der Anordnung gemäß 4 kann entsprechend 5 auch die Verstärkung der Avalanchefotodioden individuell einzeln und oder pro Messvorgang eingestellt werden. In 5 ist zur Verdeutlichung des Ablaufes die Zeit jeweils mit 501 gekennzeichnet. Der Stromfluss durch die Induktivität mit 502 und die Spannung am Kondensator 416 mit 506. Die Werte sind negativ, da bei den gängigen Avalanchefotodioden eine gemeinsame Anodenzeile als Monolit günstiger fertigbar ist.
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Das System funktioniert auch mit positiven Spannungen wie bei 2 bis 3 für die Laseransteuerung gezeigt. Wird im Stromflussdiagramm (501, 502) der Strom durch die Induktivität bei 504 gestartet, so wird er entsprechend 503 ansteigen. Wird eine z. B. mit dem System nahe Entfernung gemessen, so wird das Gesamtsystem bei der Anstiegsflanke des Systemtriggerimpulses 511 im Diagramm (501, 508) gestartet und z. B. zugleich der Stromfluss 503 mit dieser Flanke unterbrochen, so entsteht an der Fotodiode die Spannung 512a und die relativ hohe reflektierte Impulsleistung 512 kann z. B. ohne Übersteuerung detektiert werden. Wird das System z. B. erst bei 514 gestartet, so entsteht eine höhere Spannung 515a, die zu einer höheren Verstärkung führt womit die kleinere rückgestreute Leistung 515 gut registriert werden kann. Der Zusammenhang der Sperrspannung und der Verstärkung von Avalanchefotodioden ist im Diagramm (506, 516) schematisch dargestellt. Wobei 506 die Sperrspannung darstellt und 516 die Verstärkung. Bei der Sperrspannung 512a ergibt sich die Verstärkung 516a und bei der Sperrspannung 515a ergibt sich eine höhere Verstärkung mit 516b. Mit dem Verfahren können auch unterschiedliche Abstände von Objekten, unterschiedliche Rückstreufaktoren der Objekte und unterschiedliche Empfindlichkeiten der Einzeldioden ausgeglichen werden.
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Ein Beispiel eines scannenden Sensors mit minimalem Bauteileaufwand durch Anwendung der beschriebenen Technik im Rotor, ist in 6 dargestellt.
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Die Steuerung des Sensors, Motors und die Auswertung der Signale inklusive Tracking sowie die Stromversorgung der einzelnen Baugruppen ist in der Einheit
628 zusammengefasst. Die Einheit
628 enthält auch die Schnittstelle
631 nach außen und den Eingang der Stromversorgung
632. Der Motor
617 ist zugleich Lagerung der beiden Rotoreinheiten
620 und
621 die starr über die Motorachse an deren Enden
618 und
619 verbunden sind. Die Rotoreinheit
621 enthält die Empfangseinheit mit der Empfangsoptik
622 die über den Strahlengang
622a die Szene über den Spiegel
623 und das Interferenzfilter
624 auf den stehenden Fotodetektor
625 abbildet. Die Signale des Fotodetektors werden in der Einheit
626 konditioniert und gehen über die Schnittstelle
627, die auch alle Spannungsversorgungen für den Baustein
626 enthält in die Auswerteeinheit
628. Dieser Empfangsteil entspricht der
DE 101 14 362 C2 .
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Der Sendeteil 620 besteht aus der Sendeoptik 616 über die eine oder mehrere Laserdioden 103a, 103b und 103c auf die Szene abgebildet werden. Die Laserdioden werden über die Einheiten 601a, 601b und 601c angesteuert. Jede dieser Einheiten besteht aus dem Schalttransistor 204, dem Netzwerk 205 und dem Impulstrafo 206 sowie der Laserdioden-Schutzdiode 633. Die Versorgung oder Sperrspannung 609 für die Transistoren wird in der Sekundärwicklung 604 z. B. eines Drehtrafos dessen eine Seite 604 im Rotor untergebracht ist und dessen andere Seite 614 im Gerät steht. Der Drehdrafo kann z. B. aus zwei Schalenkernen bestehen, von denen eine Hälfte im Rotor untergebracht ist und die andere Hälfte im stehenden Teil. Die gegenseitige Drehung findet dann im Bereich des Luftspaltes statt. Das bei Schalenkernen übliche Mittelloch dient zugleich als freie Sichtverbindung für die optische Schnittstelle. Die rotorinterne Spannungs- und Ablaufsteuerung ist im Rotor 620 im Baustein 602 enthalten. Dieser Baustein wird über eine Abzapfung in der Sekundärwicklung 605 über die Diode 606, die Speicherkapazität 607 und dem Spannungsregler 608 über die Leitung 608a z. B. mit 5 V versorgt. Die Elemente 610 und 612 sind von Sendebetrieb auf Empfangsbetrieb umschaltbar, z. B. Leuchtdioden oder vertikale Laserdioden (VCSEL) oder enthalten Sende- und Empfänger in einem Gehäuse.
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Die Spannung 609 für die Schalterbaugruppen 601a bis 601c wird wie entsprechend 2 erzeugt. Der Ablauf ist dabei so, dass zuerst das Element 610 auf Sender schaltet und das auf Empfang geschaltete Element 611 das den Feldeffekttransistor 613 über diesen Baustein 612 solange ansteuert bis der Strom in der Induktivität (Primärwicklung) 614 auf den gewünschten Wert ansteigt. Durch Programmierung im Baustein 602 aus Ergebnissen im Einschalttest oder mehrfaches Messen der Spannung im Baustein 602 kann dieser Wert sehr gut ermittelt und gespeichert werden. Nach Erreichen dieses Stromwertes schaltet das Element 610 ab, der Feldeffekttransistor 613 wird über das Element 611 und den Baustein 612 abgeschaltet. Damit wird über die Sekundärwicklung über die Diode 603 der Kondensator 210 auf die eingestellte Spannung aufgeladen.
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Daraufhin wird Element 611 über den Baustein 612 auf Sendebetrieb geschaltet und triggert über die Schnittstelle 630 durch die Einheit 628 die Elektronik 612 und über das Element 610 und die Einheit 602 den nächsten Laser. Damit können mit wenig Bauteilen im Senderotor 620 die Laser zeitrichtig angesteuert und deren Leistungsschalter versorgt werden. Für die Programmierung des Bausteins 602 kann außerdem über einen von der sonstigen Betriebsart abweichenden Code die Übertragung der Informationen zwischen den Bauteilen 610 und 612 bidirektional gesteuert und programmiert werden.
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Die Auswertung der Entfernungen, die Steuerung des Gesamtsystems und die Objektselektion, sowie das Tracking und die daraus folgenden Steuersignale für die übergeordnete Einheit (z. B. Fahrzeug oder Flugzeug) erfolgt in der Einheit 628, die über die Schnittstelle 631 mit der übergeordneten Einheit verbunden ist. Die Stromversorgung von der übergeordneten Einheit erfolgt über die Schnittstelle 632.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung ist entsprechend 7 dargestellt. Im Rotor 701 der über die Lager 725 und 726 um die Achse 701a drehbar gelagert ist, sind die Sendeeinheit bestehend aus 108, 109a bis 109c und 110 und die Empfangseinheit bestehend aus 102, 103a bis 103c und 104 wie in 1 beschrieben, untergebracht. Dabei können diese Baueinheiten (108 und 102) je nach Sensoreinsatz axial wie gezeichnet übereinander oder nebeneinander oder beliebig untergebracht werden. Zur Steuerung der Laser- und Empfängerspannungen wird die gleiche optische bidirektionale Schnittstelle mit den Dioden 610 und 611 entsprechend 6 benützt. Der Drehtransformator besteht primär aus der Wicklung 716 und sekundär aus den Wicklungen 708 und 709. Die Sekundärwicklung 708 speist die Lasereinheit 102 und über die Abzapfung 708a die 5 Volt Versorgung. Die Sekundärwicklung 709 speist die Empfängereinheit 108. Wie in 6 für die Lasereinheit beschrieben, werden in gleicher Weise beim Einschalttest die Parameter für die Spannungserzeugung für Sende- und Empfangseinheit in der Einheit 702 gemessen, festgelegt und gespeichert. Damit sowohl Lasereinheit, als auch Detektoreinheit mit einem einzigem Drehtrafo versorgt werden können, wird in der Einheit 702 die Primärwicklung 716 mit einer Brückenschaltung z. B. aus vier Feldeffekttransistoren 716a bis 716b betrieben. Mit dieser Anordnung ist es möglich den Stromfluss in beide Richtungen zu steuern. Beim Einschalten des Transistors 716a auf z. B. +12 V 723 und Einschalten von Transistor 716d auf Massepotential und Abschalten dieses Transistors wird am Wicklungsanschluss 716g eine positive Spannung induziert. Durch die Kopplung auf die Laserwicklung 708 entsteht hier am Wicklungsanschluss 708a ebenfalls eine positive Spannung und ebenso an der Abzapfung 708b. Damit werden wie bereits bei 6 beschrieben über die Diode 704a die Kapazität 704b und über die Diode 708c die Kapazität 708d aufgeladen. In diesem Fall sperrt die Diode 716e den Stromfluss über die Schutzdiode des Transistors 716c, die Diode 703a im Detektorzweig sperrt die auftretende Spannung gegenüber der Kapazität 703b.
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Soll die Detektorspannung erzeugt werden, werden die Transistoren 716b und 716c durchgeschaltet. Bei Erreichen des gewünschten Stromflusses wird Transistor 716c abgeschaltet. Damit entsteht am Wicklungsanschluss 709a der Spule 709 eine negative Spannung, die über die Diode 703a die Kapazität 703b auflädt. Der Stromfluss durch die Schutzdiode des Transistors 716d wird durch die Diode 716fd verhindert. In diesem Fall sperren die Dioden 704a und 708c den Stromfluss zu den Kondensatoren 708d und 704c. Die Kapazität 703b wird wie in 4 beschrieben z. B. nach jeder Messung über den Widerstand 423 und den Transistor 422 entladen. Dieser Vorgang wird nach der jeweiligen Messung über die Einheit 702 gesteuert. Die Steuerung der Spannungsversorgungen der Laserstufen und der Empfängerdioden erfolgt über die Gates G1, G2, G3 und G4 der Transistoren 716a bis 716d aus dem Baustein 707a, aus dem Rotor 701 über die Diode 610. Die Diode 610 wird vom Schaltungsteil 702a so gesteuert, dass entsprechend der Darstellung über der Zeitachse 727 über die Diode 610 die Einheit 707a so gesteuert wird, dass zuerst über die Impulse 728 die Laser- und Empfängerspannung eingestellt wird und dann die Diode 610 im Zeitbereich 729 auf Empfang geschaltet wird. Die Diode 611 war bei der Spannungseinstellung auf Empfang 730 geschaltet. Nach der Spannungseinstellung wird die Diode 610 auf Empfang 729 geschaltet. Damit kann für die nächste Messung der Triggerimpuls 731 aus der Einheit 707a über die Diode 611 abgegeben werden. Die Ablaufsteuerung der Spannungserzeugung der Transistoren 716a bei 716b erfolgt in dem Baustein 702a in der Einheit 702. Die Spannungen werden über die Länge der Steuersignale 728 eingestellt. Da die Spannungen für die Sendeeinheit 108 und für die Empfangseinheit 102 jeweils vor jeder Messung eingestellt wird, wird in keine dieser Baugruppen während der Messung aus dem Versorgungsbereich eine zusätzliche Störung eingebracht. Diese Maßnahme verbessert wesentlich den Signal-Rauschabstand für die Abstandsmessung. Die Umschaltung der einzelnen Laser und Empfänger durch Multiplexen in den Einheiten 102 und 108 wird von der Einheit 702 gesteuert nachdem in gleicher Weise wie in 6 beschrieben vorher über die optischen Schnittstelle aus den Dioden 610 und 611 das entsprechende Programm eingegeben wurde. Das gemultiplexte Signal aus der Empfängerbaugruppe 108 wird nach Verstärkung, oder direkt über den Drehtransformator von der Primärwicklung 714 im Rotor der Sekundärwicklung 720 im stehenden Teil der Signalkonditionierung 718 zugeführt. Die Induktivität des Drehtransformators wird zugleich als Hochpassfilter verwendet. Von dort aus gelangt das Signal über die Schnittstelle 717 zur Auswertung zum Baustein 711. Der Baustein 718 enthält z. B. eine weitere optische mono- oder bidirektionale Schnittstelle über die Dioden 705 und 706. Mit dieser Schnittstelle können weitere Vorgänge wie z. B. Servos zum Schwenken die Sende- und Empfangsgruppe angesteuert werden. Auch können während der Messung Programme oder Programmteile geändert werden oder interne Abläufe beim Einschalttest angesteuert und oder überwacht werden. Die Digitalisierung der Signale vom Baustein 718 wird im Baustein 711 durchgeführt, wo auch die weitere Auswertung und Zuordnung zu Objekten sowie die Verarbeitung zu Manövern oder zur Steuerung des Trägersystems erfolgt. Der Baustein 711 wird auch über die Eingänge 723 und 723a mit der Bordspannung versorgt und enthält die Schnittstelle 724 zum Träger. In diesem Baustein 711 ist auch die gesamte Ablauf- und Zeitsteuerung enthalten. Er ist mit dem Datenübertragungs-Spannungserzeugungs- und Motorsteuerungs-Baustein 707 über die Schnittstelle 710 verbunden. Im Baustein 707 sind auch die Wicklungen 714 und 715 enthalten die zusammen mit dem im Rotor 701 untergebrachten Magnetring 712 und 713 den Antriebsmotor bilden. Der genaue Drehwinkel wird z. B. über einen Hallsensor 727 der über die Schnittstelle 728 mit dem Baustein 707 verbunden ist ermittelt. Dies kann auch z. B. mit einem Codering um den Sensor herum mit optischen Mitteln erreicht werden.
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Nachdem die Baugruppen des Motors, der Spannungserzeugung und der magnetischen und optischen Daten- und Energieübertragung sehr klein im Bereich von ca. 10–30 mm Durchmesser gestaltet werden können und der Rotor 701 wenig Masse mit wenig Trägheitsmoment enthält, können diese Baugruppen samt Lagerung beliebig angebracht werden. Damit ist ein System gemäß 8 kostengünstig darstellbar, das in zwei Ebenen die Szene über eine Mehrkanalsensorik abtastet. Hierzu wird die Schnittstelle des Stators 732 entsprechend 7 am Baustein 711 entsprechend 8 mit einem Drehtransformator aus der Wicklung 801 und den Magneten 802 und 803 sowie mit der Lagerung 804 sowie mit der bidirektionalen Schnittstelle aus den Dioden 805 und 806 versehen und die rotierenden Wicklungen 801 mit der stehende Wicklung 807 gekoppelt. So kann aus dem stehenden Teil mit den Wicklungen 809 und 810 der Teil 732 der nun z. B. Rotor zur Abtastung im Azimutbereich ist, berührungslos gedreht werden, während der Baustein 808 die Steuerung des Motors, die Stromversorgung und die Datenschnittstelle 811 enthält sowie aus dem Bordnetz gespeist wird. Da am Rotor 701 die Drehachse frei wählbar ist, kann dieser Rotor z. B. als Kugelform mit der Empfangsoptik 104 und der Sendeoptik 110 und um die Achse 813 gedreht werden. Das Bauteil 732 wird um die Achse 814 gedreht und der Baustein 808 enthält alle Schnittstellen zum Träger 811 und 812 und die Schnittstellen zum Bauteil 732.
