DE102012112644A1

DE102012112644A1 - Strahler zum Beleuchten eines Objekts und Abstandsmessvorrichtung mit dem Strahler

Info

Publication number: DE102012112644A1
Application number: DE102012112644.5A
Authority: DE
Inventors: Chris Yates; Chris Softley
Original assignee: Odos Imaging Ltd
Current assignee: Odos Imaging Ltd
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: WO2014096157A1; DE102012112644B4

Abstract

Ein Strahler zum Beleuchten eines Objekts mit einer vorherbestimmten Intensität weist eine Mehrzahl an Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) mit einer hohen Dichte an elektromagnetischer Strahlung, mit jeder Strahlungseinheit (4, 5, 6, 35), die eine optische Achse (7, 8, 9) hat und angepasst ist die elektromagnetische Strahlung in Form eines divergierenden Strahlungskegels (10, 11, 12), der um ihre optische Achse (7, 8, 9) angeordnet ist, zu emittieren, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) mit den optischen Achsen (7, 8, 9) im Wesentlichen parallel angeordnet sind, die Strahlungskegel (10, 11, 12) in dieselbe Richtung orientiert sind und die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in einer transversalen Richtung zu den optischen Achsen (7, 8, 9) benachbart zueinander angeordnet sind und benachbarte Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) derart im Abstand angeordnet sind, dass sie thermisch entkoppelt sind, so dass die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) unbeeinträchtigt aufgrund von Wärmeemission von benachbarten Strahlungseinheiten sind und die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) betrieben werden können die elektromagnetische Strahlung simultan zu emittieren, und ein Fenster (3) auf, das derart angeordnet ist, dass alle Strahlungskegel (10, 11, 12) durch das Fenster passieren können und derart, dass ein Beleuchtungsursprung (17), der der zu den Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) naheste Punkt eines durch den Überlapp aller Strahlungskegel (10, 11, 12) gebildeten Beleuchtungsbereichs (13) ist, auf der zu den Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) gegenüberliegenden Seite des Fensters (3) ist, wobei die Anzahl der Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) derart ist, dass die Summe aller Intensitäten aller Strahlungskegel (10, 11, 12) der vorherbestimmten Intensität in dem Beleuchtungsbereich (13) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahler zum Beleuchten eines Objekts und eine Abstandsmessvorrichtung mit dem Strahler.
Abstandswerte zwischen einer Messvorrichtung und einem Objekt ohne einen körperlichen Kontakt zwischen der Vorrichtung und dem Objekt können mittels optischer Verfahren gemessen werden. In diesen Verfahren wird das Objekt mit der Vorrichtung beleuchtet und das von dem Objekt zurückreflektierte Licht wird dann von einem Lichtdetektor der Vorrichtung erfasst.
Abstandswerte können beispielsweise ermittelt werden, indem die Lichtintensität, die von der Vorrichtung emittiert wird, periodisch moduliert wird und die Phasendifferenz zwischen dem emittierten Licht und dem zurückreflektierten Licht, das an dem Detektor ankommt, gemessen wird. Allerdings resultiert dieses Verfahren aufgrund der Periodizität der Lichtintensität in einer nicht eindeutigen Abstandsmessung. Eindeutige Abstandswerte können bestimmt werden, indem die Flugzeit zwischen der Emission des Lichts und der Ankunft des zurückreflektierten Lichts an dem Detektor gemessen wird.
Die für die Abstandsmessung benötigte Intensität des Lichts zum Beleuchten des Objekts hängt insbesondere von der Sensitivität des Detektors, dem Abstand zwischen dem Objekt und der Messvorrichtung sowie der Reflektivität des Objekts ab. Aber andererseits ist ein Maximum der Intensität, die zum Beleuchten des Objekts verwendet werden kann, durch Sicherheitsstandards gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strahler zum Beleuchten eines Objekts und eine Abstandsmessvorrichtung mit dem Strahler zu schaffen, wobei der Strahler einen einfachen Aufbau hat und die Abstandsmessvorrichtung unkritisch für Sicherheitsstandards ist.
Der erfindungsgemäße Strahler zum Beleuchten eines Objekts mit einer vorherbestimmten Intensität weist eine Mehrzahl an Strahlungseinheiten mit einer hohen Dichte an elektromagnetischer Strahlung, mit jeder Strahlungseinheit, die eine optische Achse hat und eingerichtet ist die elektromagnetische Strahlung in Form eines divergierenden Strahlungskegels, der um ihre optische Achse angeordnet ist, zu emittieren, wobei die Strahlungseinheiten mit den optischen Achsen im Wesentlichen parallel angeordnet sind, die Strahlungskegel in dieselbe Richtung orientiert sind und die Strahlungseinheiten in einer transversalen Richtung zu den optischen Achsen benachbart zueinander angeordnet sind und benachbarter Strahlungseinheiten derart im Abstand angeordnet sind, dass sie thermisch entkoppelt sind, so dass die Strahlungseinheiten unbeeinträchtigt aufgrund von Wärmeemission von benachbarten Strahlungseinheiten sind und die Strahlungseinheiten betrieben werden können die elektromagnetische Strahlung simultan zu emittieren, und ein Fenster auf, das derart angeordnet ist, dass alle Strahlungskegel durch das Fenster passieren können und derart, dass ein Beleuchtungsursprung, der der zu den Strahlungseinheiten naheste Punkt eines durch den Überlapp aller Strahlungskegel gebildeten Beleuchtungsbereichs ist, auf der zu den Strahlungseinheiten gegenüberliegenden Seite des Fensters ist, wobei die Anzahl der Strahlungseinheiten derart ist, dass die Summe aller Intensitäten aller Strahlungskegel der vorherbestimmten Intensität in dem Beleuchtungsbereich entspricht. Die erfindungsgemäße Abstandsmessvorrichtung weist den Strahler, einen Detektor zum Detektieren der von dem Objekt zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung und eine Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Flugzeit zwischen der Emission der elektromagnetischen Strahlung und der Ankunft der elektromagnetischen Strahlung an dem Detektor auf.
Mit dem erfindungsgemäßen Strahler ist es vorteilhaft möglich, so viele Strahlungseinheiten vorzusehen, wie es notwendig ist, die vorherbestimmte Intensität in dem Beleuchtungsbereich zu erhalten. Die vorherbestimmte Intensität kann derart gewählt werden, dass sie ausreichend hoch für eine genaue Abstandsmessung mit der erfindungsgemäßen Abstandsmessvorrichtung ist. Da der Strahler Strahlungseinheiten mit ihren im Wesentlichen parallelen optischen Achsen aufweist, ist der Strahler geeignet gerichtetes Licht zu emittieren und somit kann der Radiator sein Licht auf eine beschränkte Region konzentrieren, wo es erforderlich ist die Abstandsmessung durchzuführen. Die Strahlungseinheiten haben den Nachteil, dass sie aufgrund der hohen elektrischen Stromdichten, die für die Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung mit der hohen Dichte erforderlich sind, Wärme produzieren. Da die Strahlungseinheiten derart im Abstand angeordnet sind, dass sie thermisch entkoppelt sind, ist es vorteilhaft nicht nötig, eine aufwändige Kühlvorrichtung für den Strahler vorzusehen. Weil das Fenster zwischen den Strahlungseinheiten und dem Beleuchtungsursprung angeordnet ist, ist der vollständige Beleuchtungsbereich für die Beleuchtung des Objekts zugänglich. Weiterhin ist es vorteilhaft erreicht, dass die Punkte der höchsten Intensitäten zwischen dem Fenster und dem Beleuchtungsbereich angeordnet sind, wo sie unkritisch für Sicherheitsstandards sind. Dadurch kann die Anzahl der Strahlungseinheiten prinzipiell ohne eine Verletzung der Sicherheitsstandards unendlich erhöht werden.
Die erfindungsgemäßen, benachbarten Strahlungseinheiten sind derart im Abstand angeordnet, dass die Punkte der maximalen Intensität zwischen dem Fenster und dem Beleuchtungsbereich einer einzelnen Strahlungseinheit zugeordnet werden können. Das bedeutet, dass der Überlapp der Strahlungskegel zu Intensitäten führt, die niedriger sind als die maximale Intensität in der Nähe des Fensters. Unter der Maßgabe, dass die relativen Abstände der Lasereinheiten und des Fensters derart sind, dass Sicherheitsstandards eingehalten werden, ist dadurch der Strahler unkritisch bezüglich der Sicherheitsstandards.
Da das Fenster zwischen den Strahlungseinheiten und dem Beleuchtungsursprung vorgesehen ist, ist nur die den Strahlungseinheiten abgewandte Seite des Fensters relevant für die Sicherheitszertifizierung. Aufgrund der Tatsache, dass jedes Intensitätsmaximum, das an dem Fenster positioniert ist, der entsprechenden Strahlungseinheit zugeordnet werden kann, ist es vorteilhaft nur erforderlich, diese Intensitätsmaxima für die Sicherheitszertifizierung zu berücksichtigen.
Es ist bevorzugt, dass die Strahlungseinheiten Lasereinheiten oder LED-Einheiten sind. Es ist bevorzugt, dass das Fenster ein optischer Diffusor ist, der den Öffnungswinkel der Beleuchtungskegel vergrößert. Das Vergrößern der Öffnungswinkel verringert die Intensität nach dem optischen Diffusor und dadurch können die Sicherheitsstandards vorteilhaft einfacher eingehalten werden. Es ist auch möglich, die Größe des Beleuchtungsbereichs durch Wählen des Grads der Diffusion des optischen Diffusors an das Blickfeld des Detektors der Abstandsmessvorrichtung anzupassen. Es ist bevorzugt, dass das Fenster ein optischer Homogenisierer ist. Der optische Homogenisierer homogenisiert die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung in Ebenen senkrecht zu den optischen Achsen. Somit ist vorteilhaft eine gleichmäßigere Beleuchtung des Objekts erreichbar. In dem Fall, dass die Strahlungseinheiten die Strahlungskegel mit einer ovalen Form emittieren, wirkt der Homogenisierer auch derart, dass er diese Form formt, um mehr rotationssymmetrisch zu sein. Die Strahlungseinheiten sind bevorzugt eingerichtet Lichtpulse zu emittieren, insbesondere mit einer Dauer in der Größenordnung von Nanosekunden. Mit diesen kurzen Lichtpulsen können vorteilhaft genaue Flugzeitmessungen für die Bestimmung des Abstands durchgeführt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Strahlungseinheiten in einer Reihe angeordnet sind. Die Strahlungseinheiten sind alternativ bevorzugt in Form einer Matrix angeordnet, insbesondere eine zweidimensionale Matrix. In einer anderen Alternative ist es bevorzugt, dass mindestens ein Teil der Strahlungseinheiten auf einem Kreis angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dass mindestens ein Teil der Strahlungseinheiten auf mindestens zwei konzentrischen Kreisen angeordnet ist. Eine der Strahlungseinheiten ist bevorzugt in dem Mittelpunkt der Kreise angeordnet. Mit den kreisförmigen Anordnungen der Strahlungseinheiten kann eine kreisförmige Beleuchtung des Objekts erreicht werden, die vorteilhaft an das Blickfeld des Detektors angepasst werden kann. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Strahlungseinheiten in einer Bienenwabenstruktur angeordnet. Das bedeutet, dass die Strahlungseinheiten in einem hexagonalen Raster angeordnet sind.
Das Fenster ist bevorzugt Teil eines Gehäuses, in welchem die Strahlungseinheiten angeordnet sind, und das Fenster ist das einzige Teil des Gehäuses, wo die elektromagnetische Strahlung durch passieren kann. Dadurch sind die Punkte der höchsten Intensitäten innerhalb des Gehäuses eingekapselt, wo sie nicht für die Sicherheitsstandards berücksichtigt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Strahlungseinheiten in Atmosphäre angeordnet sind. Dadurch und weil die Strahlungseinheiten derart angeordnet sind, dass sie thermisch entkoppelt sind, ist es vorteilhaft ausreichend eine Luftkühlung zum Kühlen der Strahlungseinheiten zu verwenden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Strahlers,
2 zeigt ein Diagramm einer Intensitätsverteilung in einer Querrichtung senkrecht zu einer optischen Achse des Strahlers, und
3 und 4 zeigen Draufsichten von zwei Ausführungsformen des Strahlers.
1 zeigt einen Strahler 1, der eine erste Strahlungseinheit 4, eine zweite Strahlungseinheit 5 und eine dritte Strahlungseinheit 6 aufweist. Es ist denkbar, dass die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 individuell betreibbar sind oder, als eine Alternative, die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 zusammen betreibbar sind. Die erste Strahlungseinheit 4 weist eine erste optische Achse 7, die zweite Strahlungseinheit 5 weist eine zweite optische Achse 8 und die dritte Strahlungseinheit 6 weist eine dritte optische Achse 9 auf. Jede Strahlungseinheit 4, 5, 6 ist eingerichtet elektromagnetische Strahlung in Form eines divergierenden Strahlungskegels, der im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die entsprechende optische Achse 7, 8, 9 ist, zu emittieren, wobei ein erster Strahlungskegel 10 der ersten Strahlungseinheit 4 zugeordnet, ein zweiter Strahlungskegel 11 der zweiten Strahlungseinheit 5 zugeordnet und ein dritter Strahlungskegel 12 der dritten Strahlungseinheit 6 zugeordnet ist. Jede Strahlungseinheit 4, 5, 6 weist eine Pumpquelle 16 zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung auf. Die Pumpquelle 16 ist der Hauptgrund für die Wärmeproduktion in den Strahlungseinheiten 4, 5, 6. Dies ist besonders der Fall, wenn Lasereinheiten für die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 verwendet werden.
Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 sind innerhalb eines Gehäuses 2 derart angeordnet, dass ihre optischen Achsen 7, 8, 9 parallel sind und die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 in der gleichen Richtung orientiert sind. Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 sind in einer transversalen Richtung zu den optischen Achsen 7, 8, 9 benachbart zueinander in einer Reihe und in der Reihenfolge der ersten 4, der zweiten 5 und der dritten 6 Strahlungseinheit angeordnet. Das Gehäuse 2 weist ein Fenster 3 auf, welches derart angeordnet ist, dass alle Strahlungskegel 10, 11, 12 durch das Fenster 3 passieren können und das Fenster 3 einen Abstand 22 zu den Strahlungseinheiten 4, 5, 6 hat. Das Fenster 3 ist senkrecht zu den optischen Achsen 7, 8, 9 angeordnet, aber andere Anordnungen sind auch denkbar. Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse 2 die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 einkapselt und das Fenster 3 das einzige Teil des Gehäuses 2 ist, wo die elektromagnetische Strahlung durch passieren kann. Der Strahler 1 weist weiterhin einen Triggergenerator 15 auf, der verwendet werden kann, die Strahlungseinheiten 4, 5, 6 derart zu steuern, dass sie die elektromagnetische Strahlung simultan emittieren.
Der Abstand 26 zwischen benachbarten Strahlungseinheiten 4, 5 und 5, 6 ist derart gewählt, dass die benachbarten Strahlungseinheiten 4, 5 und 5, 6 thermisch entkoppelt sind, so dass jede Strahlungseinheit nicht aufgrund von Wärmeemission von benachbarten Einheiten thermisch beeinflusst ist. Dies bedeutet, dass im Wesentlichen keine Wärme zu jeder Strahlungseinheit von den benachbarten Strahlungseinheiten übertragen wird.
Die Strahlungskegel 10, 11, 12 definieren einen Beleuchtungsbereich 13 als den Bereich, wo alle Beleuchtungskegel 10, 11, 12 überlappen. Es ist bevorzugt, dass ein zu beleuchtendes Objekt innerhalb des Beleuchtungsbereichs 13 angeordnet ist, da dies der Bereich mit der höchsten Intensität ist. Der Beleuchtungsbereich 13 hat die Form eines Kegels und weist einen Beleuchtungsursprung 17 auf, der die Spitze des Kegels ist und einen Abstand 24 zu dem Fenster 3 hat. Der Beleuchtungsursprung 17 ist der naheste Punkt des Beleuchtungsbereichs 13 zu den Strahlungseinheiten 4, 5, 6 und erfindungsgemäß ist das Fenster 3 zwischen den Strahlungseinheiten 4, 5, 6 und dem Beleuchtungsursprung 17 angeordnet. Der genaue Ort des Beleuchtungsursprungs 17 hängt von der Strahldivergenz der Strahlungskegel 10, 11, 12 und des Abstands 27 zwischen den äußersten Strahlungseinheiten ab. Durch Erhöhen der Anzahl der Strahlungseinheiten erhöht sich der Abstand zwischen den äußersten Strahlungseinheiten 4, 6 und dadurch wird der Beleuchtungsursprung 17 von den Strahlungseinheiten weg bewegt, während sich die Intensität in dem Beleuchtungsbereich 13 erhöht. Durch Erhöhen der Anzahl der Strahlungseinheiten ist es vorteilhaft erreicht, dass Objekte weiter weg von den Strahlungseinheiten mit einer für eine genaue Abstandsmessung ausreichenden Intensität beleuchtet werden können.
Wie es aus 1 ersichtlich ist, wird ein erster Schnittpunkt 18 gebildet, wo der erste Strahlungskegel 10 und der zweite Strahlungskegel 11 sich schneiden, und ein zweiter Schnittpunkt 19 wird gebildet, wo der zweite Strahlungskegel 11 und der dritte Strahlungskegel 12 sich schneiden. Da das Fenster 3 senkrecht zu den optischen Achsen 7, 8, 9 ist, haben beide Schnittpunkte 18, 19 den gleichen Abstand 23 zu dem Fenster 3. In 1 ist das Fenster 3 zwischen den Strahlungseinheiten 4, 5, 6 und den Schnittpunkten 18, 19 angeordnet. Die Intensität benachbart zu dem Fenster 3 an der den Strahlungseinheiten 4, 5, 6 abgewandten Seite kann dadurch der entsprechenden Strahlungseinheit 4, 5 oder 6 zugeordnet werden und die Sicherheitszertifizierung kann bezüglich einer einzelnen Strahlungseinheit durchgeführt werden. In einer anderen denkbaren Ausführungsform ist das Fenster 3 zwischen den Schnittpunkten 18, 19 und dem Beleuchtungsursprung 17 angeordnet.
Das Fenster 3 gemäß 1 ist ein optischer Diffusor, der den Öffnungswinkel der Strahlungskegel 10, 11, 12 derart vergrößert, dass die Strahlungskegel 10, 11, 12 einen ursprünglichen Strahldivergenzwinkel 20 unmittelbar nach Emission und nach Passieren des Fensters 3 einen modifizierten Strahldivergenzwinkel 21 haben, der größer als der ursprüngliche Strahldivergenzwinkel 20 ist. Beispielsweise kann eine Streuscheibe für den optischen Diffusor verwendet werden. Die Streuscheibe kann auch als Strahlhomogenisierer wirken.
2 zeigt ein Diagramm eines Intensitätsprofils, in welchem eine Intensität 28 in einem Querschnitt 36 senkrecht zu den optischen Achsen 7, 8, 9 gegen eine Querrichtung 29 aufgetragen ist. Der Querschnitt 36 hat einen derartigen Abstand 25 zu dem Fenster 3, dass er den Beleuchtungsbereich 13 schneidet. Das Intensitätsprofil ist die Summe der einzelnen Intensitätsprofile jeder Strahlungseinheit 4, 5, 6. Unmittelbar nach Emission hat jedes einzelne Intensitätsprofil im Wesentlichen eine Gauß-Form in einer Richtung senkrecht zu seiner optischen Achse. Nach Passieren durch den Homogenisierer werden die Gauß-Profile in Richtung eines rechteckigen Profils geändert, welches für die einzelnen Intensitätsprofile in 2 angenommen wird.
Wie es aus 2 ersichtlich ist, liegt das globale Maximum der Intensität I₃ 32 in dem Beleuchtungsbereich 13, welcher in der Mitte des Intensitätsprofils liegt und die Region ist, wo die drei Beleuchtungskegel 10, 11, 12 aus 1 überlappen. Die Länge entlang welcher die Intensität 28 konstant I₃ ist, entspricht der Breite 14 des Beleuchtungsbereichs 13 in dem Querschnitt 36. Die Intensität fällt von der Mitte des Intensitätsprofils nach radial außen stufenförmig unter der Annahme ab, dass jede Strahlungseinheit 4, 5, 6 das rechteckige Intensitätsprofil hat. Die Intensität 28 fällt erst zu einer Intensität I₂ 31 ab, welche entweder einem Überlapp des ersten 10 und des zweiten 11 Strahlungskegels oder einem Überlapp des zweiten 11 und des dritten 12 Strahlungskegels entspricht. Die Intensität fällt dann zu einer Intensität I₁ 30 ab, welche dem ersten 10 oder dem dritten 12 Strahlungskegel entspricht. I₁ ist die Intensität der einzelnen Strahlungseinheiten 4, 5 bzw. 6 in dem Querschnitt und unter der Annahme, dass alle Strahlungseinheiten 4, 5, 6 die gleiche Menge an Licht emittieren gilt: I₂ = 2·I₁ und I₃ = 3·I₁. Die Länge entlang welcher die Intensität 28 konstant I₁ oder I₂ ist, entspricht dem Abstand 26 zwischen benachbarten Strahlungseinheiten 4, 5 und 5, 6.
In der Ausführungsform gemäß 3 sind Strahlungseinheiten 35 in einem ersten Raster 33 angeordnet, welches die Form einer zweidimensionalen Matrix hat. Vertikal und horizontal benachbarte Strahlungseinheiten haben immer den gleichen Abstand 26 zueinander.
In der Ausführungsform gemäß 4 sind Strahlungseinheiten 35 in einem zweiten Raster 34 angeordnet, welches einen Kreis aufweist, auf dem sechs Strahlungseinheiten 35 angeordnet sind. In dem Mittelpunkt des Kreises ist eine andere Strahlungseinheit 35 angeordnet. Der Radius des Kreises ist der Abstand 26 zwischen benachbarten Strahlungseinheiten, welcher identisch mit dem Abstand 26 zwischen auf dem Kreis benachbart angeordneten Strahlungseinheiten ist. Es ist auch denkbar, dass das zweite Raster 34 weitere Kreise aufweist, die konzentrisch zu dem Kreis angeordnet sind. Es ist bevorzugt, dass die weiteren Kreise den Abstand 26 zu ihren benachbarten Kreisen haben und dass die Strahlungseinheiten 35, die auf den weiteren Kreisen angeordnet sind, auch den Abstand 26 zu ihren benachbarten Strahlungseinheiten haben.
Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 können beispielsweise Diodenlaser sein, die die elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich emittieren.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert.
Ein erfinderischer Strahler 1 zum Beleuchten eines Objekts mit einer vorherbestimmten Intensität weist von sechs bis 124 Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 des Typs Triple Stack, 75 W, 905 nm auf. Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 können elektromagnetische Strahlung in Form eines divergierenden Strahlungskegels 10, 11, 12 emittieren, der um die optische Achse 7, 8, 9 jeder Strahlungseinheit 4, 5, 6, 35 angeordnet ist. Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 sind derart angeordnet, dass die optischen Achsen 7, 8, 9 im Wesentlichen parallel sind und die Strahlungskegel 10, 11, 12 in der gleichen Richtung orientiert sind. Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 sind transversal zu den optischen Achsen 7, 8, 9 in einer Bienenwabenstruktur, oder äquivalent in einem hexagonalen Raster, angeordnet, wobei jeder Abstand 26 einer Strahlungseinheit zu einer benachbarten Einheit gleich ist und von 5 mm bis 30 mm reicht. Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 können betrieben werden, dass sie die elektromagnetische Strahlung simultan emittieren, wobei die elektromagnetische Strahlung in Lichtpulsen mit einer Dauer in der Größenordnung von Nanosekunden emittiert wird. Die Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 sind in einem Gehäuse 2 angeordnet, das ein Fenster 3 aufweist, das transparent für die elektromagnetische Strahlung ist und das einzige Teil des Gehäuses ist, wo die elektromagnetische Strahlung durch passieren kann. Das Fenster 3 ist derart angeordnet, dass alle Strahlungskegel 10, 11, 12 durch passieren können. Der Abstand 22 zwischen dem Fenster 3 und den Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 ist von 5 mm bis 30 mm. Die Pulsenergie jeder Strahlungseinheit 4, 5, 6, 35 auf der gegenüberliegenden Seite des Fensters 3 zu den Lasereinheiten 4, 5, 6, 35 ist zwischen 100 nJ und 500 nJ. Das Fenster 3 ist ein optischer Diffusor, welcher den Strahldivergenzwinkel 21 nach dem Fenster 3 auf einen Wert von 40° bis 80° erhöht. Ein Objekt, welches in einem Abstand zwischen 0,5 m und 20 m angeordnet ist, kann mit dem Strahler 3 derart beleuchtet werden, dass die Intensität ausreichend für eine genaue Abstandsmessung ist. Es ist vorteilhaft ausreichend Luftkühlung für den Strahler 1 zu verwenden.
In einem anderen denkbaren Beispiel können vier oder fünf Strahlungseinheiten 4, 5, 6, 35 verwendet werden, die beispielsweise auf einem Rechteck oder auf einem Kreis angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Strahler
2: Gehäuse
3: Fenster
4: erste Strahlungseinheit
5: zweite Strahlungseinheit
6: dritte Strahlungseinheit
7: erste optische Achse
8: zweite optische Achse
9: dritte optische Achse
10: erster Strahlungskegel
11: zweiter Strahlungskegel
12: dritter Strahlungskegel
13: Beleuchtungsbereich
14: Breite des Beleuchtungsbereich im Querschnitt 36
15: Triggergenerator
16: Pumpquelle
17: Beleuchtungsursprung
18: erster Schnittpunkt
19: zweiter Schnittpunkt
20: ursprünglicher Strahldivergenzwinkel
21: modifizierter Strahldivergenzwinkel
22: Abstand Strahlungseinheit – Fenster
23: Abstand Fenster – erster Schnittpunkt
24: Abstand Fenster – Beleuchtungsursprung
25: Abstand Fenster – Querschnitt 36
26: Abstand zwischen benachbarten Strahlungseinheiten
27: Abstand zwischen den äußersten Strahlungseinheiten
28: Intensität
29: Querrichtung
30: Intensität I₁
31: Intensität I₂
32: Intensität I₃
33: erstes Raster
34: zweites Raster
35: Strahlungseinheit
36: Querschnitt

Claims

Strahler zum Beleuchten eines Objekts mit einer vorherbestimmten Intensität, aufweisend eine Mehrzahl an Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) mit einer hohen Dichte an elektromagnetischer Strahlung, mit jeder elektromagnetischen Strahlungseinheit (4, 5, 6, 35), die eine optische Achse (7, 8, 9) hat und eingerichtet ist die elektromagnetische Strahlung in Form eines divergierenden Strahlungskegels (10, 11, 12), der um ihre optische Achse (7, 8, 9) angeordnet ist, zu emittieren, wobei die elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) mit den optischen Achsen (7, 8, 9) im Wesentlichen parallel angeordnet sind, die Strahlungskegel (10, 11, 12) in dieselbe Richtung orientiert sind und die elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in einer transversalen Richtung zu den optischen Achsen (7, 8, 9) benachbart zueinander sind und benachbarte Strahlungseinheiten derart im Abstand angeordnet sind, dass sie thermisch entkoppelt sind, so dass die elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) unbeeinträchtigt aufgrund von Wärmeemission von benachbarten Strahlungseinheiten sind und die elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) betrieben werden können die elektromagnetische Strahlung simultan zu emittieren, und aufweisend ein Fenster (3), das derart angeordnet ist, dass alle Strahlungskegel (10, 11, 12) durch das Fenster (3) passieren können und derart, dass ein Beleuchtungsursprung (17), der der zu den elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) naheste Punkt eines durch den Überlapp aller Strahlungskegel (10, 11, 12) gebildeten Beleuchtungsbereichs (13) ist, auf der zu den elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) gegenüberliegenden Seite des Fensters (3) ist, wobei die Anzahl der elektromagnetischen Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) derart ist, dass die Summe aller Intensitäten aller Strahlungskegel der vorherbestimmten Intensität in dem Beleuchtungsbereich (13) entspricht.
Strahler gemäß Anspruch 1, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6) Lasereinheiten oder LED-Einheiten sind.
Strahler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Fenster (3) ein optischer Diffusor ist, der den Öffnungswinkel der Beleuchtungskegel (10, 11, 12) vergrößert.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fenster (3) ein optischer Homogenisierer ist.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) eingerichtet sind Lichtpulse zu emittieren, insbesondere mit einer Dauer in der Größenordnung von Nanosekunden.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in einer Reihe angeordnet ist.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in Form einer Matrix angeordnet ist.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein Teil der Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) auf einem Kreis angeordnet sind.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein Teil der Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) auf mindestens zwei konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
Strahler gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei eine der Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in dem Mittelpunkt der Kreise angeordnet ist.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in einer Bienenwabenstruktur oder äquivalent in einem hexagonalen Raster angeordnet sind.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Fenster (3) Teil eines Gehäuses (2) ist, in welchem die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) angeordnet sind, und das Fenster (3) das einzige Teil des Gehäuses (2) ist, wo die elektromagnetische Strahlung durch passieren kann.
Strahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Strahlungseinheiten (4, 5, 6, 35) in Atmosphäre angeordnet sind.
Abstandsmessvorrichtung mit einem Strahler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, einem Detektor zum Detektieren der von dem Objekt zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung und einer Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Flugzeit zwischen der Emission der elektromagnetischen Strahlung und der Ankunft der elektromagnetischen Strahlung an dem Detektor.