DE19603123A1 - Distanzmeßapparatur - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Distanzmeßapparatur zum Erfassen einer Distanz und einer Richtung zu einem Hindernis durch Emittierung eines Laserstrahls zum Scannen, damit der von dem Hindernis reflektierte Strahl empfangen werden kann.

Die Fig. 6 zeigt ein bekanntes Distanzdetektorgerät, das beispielsweise in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 137867/1994 offenbart ist. In Fig. 6 kennzeichnet ein Bezugszeichen 101 eine Laserdiode für die Distanzmessung, die einen Strahl für die Distanzmessung erzeugt; ein Bezugszeichen 102 kennzeichnet eine Linse, die den durch die Laserdiode 101 erzeugten Strahl für die Distanzmessung bündelt; ein Bezugszeichen 103 kennzeichnet einen stationären Spiegel, der den durch die Linse 102 übertragenen Strahl reflektiert; ein Bezugszeichen 104 kennzeichnet einen schwenkbaren Spiegel, der den durch den stationären Spiegel 103 reflektierten Strahl reflektiert und nach außen weiterleitet, wobei der schwenkbare Spiegel Spiegelflächen auf beiden Seiten aufweist; ein Bezugszeichen 105 kennzeichnet einen Motor, der den drehbaren Spiegel 104 in schwenkbarer Weise hält und diesen dreht; ein Bezugszeichen 106 kennzeichnet eine Linse, die den durch ein (nicht gezeigtes) Hindernis reflektierten und zurückgeleiteten Strahl für die Distanzmessung empfängt und bündelt; ein Bezugszeichen 107 kennzeichnet ein Lichtempfangselement, das den von der Linse 106 gebündelten reflektierten Strahl empfängt; ein Bezugszeichen 201 kennzeichnet eine Laserdiode für eine Positionsdetektion durch Scannen, die einen Strahl für die Positionsdetektion durch Scannen erzeugt; ein Bezugszeichen 202 kennzeichnet eine Linse zum Bündeln des von der Laserdiode für die Positionsdetektion durch Scannen 201 emittierten Strahl; und ein Bezugszeichen 203 kennzeichnet ein positionsempfindliches Gerät (position sensitive divice, PSD), zum Erfassen einer Einfallsposition des Strahls für die Positionsdetektion durch Scannen, der durch die Rückfläche des schwenkbaren Spiegels 104 reflektiert wird.

Nun wird der Betrieb des bekannten Distanzdetektorgeräts erläutert. Der schwenkbare Spiegel 104 mit Reflexionsflächen auf beiden Seiten wird über einen festgelegten Winkelbereich durch den Motor 105 geschwenkt. Der Strahl für die Distanzmessung der Laserdiode 101 wird durch die Linse 102 gebündelt, und zum Leiten an die Außenseite bei dem stationären Spiegel 103 und dem schwenkbaren Spiegel 104 reflektiert. Der durch das Hindernis reflektierte Strahl wird durch die Linse 106 gebündelt und durch das Lichtempfangselement 107 empfangen. Die Distanz zu dem Hindernis wird auf der Grundlage einer Zeit zwischen der Emission des Strahls für die Distanzmessung bis zu dem Empfang des reflektierten Strahls bestimmt.

Die Abtastrichtung wird in dem bekannten Distanzdetektorgerät wie folgt erfaßt. Der von der Laserdiode für die Positionsdetektion durch Scannen 201 emittierte Strahl wird an der Rückseite des schwenkbaren Spiegels 104 reflektiert und von dem positionsempfindlichen Gerät 303 empfangen. Das positionsempfindliche Gerät 203 gibt ein Positionssignal aus, das der Einfallsposition gemäß der Stelle entspricht, an der der Strahl empfangen wird, wodurch die Richtung des von dem schwenkbaren Spiegel 104 gescannten Strahls für die Distanzmessung erfaßt wird. Es erfolgt eine Regelung des Motors 105 durch Anwendung des Positionssignals.

Bei dem bekannten Distanzdetektorgerät wurde eine positionsempfindliche Vorrichtung (PSD) zum Bestimmen der Position eines schwenkbaren Spiegels benützt. Demnach war es für die Erfassung eines genauen Abtastwinkels erforderlich, ein Auflösungsvermögen für den Winkel dadurch zu erhalten, daß eine ausreichende Distanz zwischen dem schwenkbaren Spiegel und dem positionsempfindlichen Geräte aufrecht erhalten wurde. Demnach mußte die Positionsdetektorvorrichtung eine gewisse Abmessung aufweisen, was zu einem großen Gerät führte. Ferner sollte die positionsempfindliche Vorrichtung (PSD) einen großen Bereich abdecken, damit es den gesamten Bereich des Abtastwinkels erfassen konnte. Dies führte zu einer Kostenzunahme und einem großen Gerät.

Ferner sollte die Breite des bei dem positionsempfindlichen Gerät einfallenden Strahl gering sein, und zwar für die genaue Erfassung der Position des schwenkbaren Spiegels, und es war ein optisches System mit einer Linse erforderlich, das den Strahl der Laserdiode bündelte. Auch die Distanz zwischen der Laserdiode und der Linse mußte sehr genau bestimmt werden, damit eine geringere Strahlbreite erzielt wurde. Demnach war der Einsatz eines hochgenauen optischen Systems für die Detektion der Position erforderlich.

Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der oben erwähnten Probleme im Zusammenhang mit dem Stand der Technik.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Distanzmeßapparatur mit geringen Abmessungen und einfacher Struktur, die in der Lage ist, eine Richtung eines Strahls zu erfassen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Distanzmeßapparatur, die eine genaue Scannrichtung auch bei einer Veränderung der Temperatur und bei Vibrationen erfassen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Distanzmeßapparatur, die einen Fehler in der Apparatur dadurch erfassen kann, daß eine Anormalität der Distanzmeßapparatur beurteilt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Distanzmeßapparatur geschaffen, die enthält: eine Strahlsendevorrichtung zum Senden eines Strahls, eine Reflexionsvorrichtung zum Senden des Strahls der Strahlsendevorrichtung in eine festgelegte Richtung durch Reflexion und zum Reflektieren eines reflektierten Strahls, der dich durch Reflexion des Strahls an einem Hindernis ergibt, in eine festgelegte Richtung, eine Scannvorrichtung, die die Reflexionsvorrichtung in einem festgelegten Bereich zum Scannen des Strahls verschwenkt, eine Strahlempfangsvorrichtung zum Empfangen des von der Reflexionsvorrichtung reflektierten Strahls, eine Entfernungsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Entfernung zu dem Hindernis auf der Grundlage einer verstrichenen Zeitdauer, bezogen auf den Zeitpunkt, in dem die Strahlsendevorrichtung den Strahl sendet, bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Strahlempfangsvorrichtung den reflektierten Strahl empfängt, eine Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung zum Erfassen eines Ursprungspunkts als Referenzposition der Reflexionsvorrichtung, und eine Strahls enderichtungs-Betriebsvorrichtung zum Berechnen der Strahlsenderichtung des Strahls der Reflexionsvorrichtung auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung.

Bei der oben beschriebenen Distanzmeßapparatur bestimmt die Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung, daß die Reflexionsvorrichtung an einer Startposition zum Scannen angeordnet ist, und zwar nach einer festgelegten Zeit ab dem Zeitpunkt, in dem die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung den Ursprungspunkt erfaßt hat.

Bei der oben beschriebenen Distanzmeßapparatur enthält die Scannvorrichtung einen Schrittmotor. Ferner beurteilt die Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung, daß die Reflexionsvorrichtung an der Startposition für das Scannen angeordnet ist, wenn eine Erregerphase des Schrittmotors mit einer festgelegten Phase übereinstimmt, nachdem die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung den Ursprungspunkt erfaßt hat.

Bei der oben beschriebenen Distanzmeßapparatur dient die Scannvorrichtung dem aufeinanderfolgenden Scannen ausgehend von der Startposition zum Scannen entlang einer festgelegten Richtung, und sie wird zu der Startposition zum Scannen innerhalb eines Zyklus eines Erregerschemas des Schrittmotors zurückgeführt, nachdem das Scannen eines festgelegten Bereichs abgeschlossen ist.

Die oben beschriebene Distanzmeßapparatur enthält ferner eine Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung, die eine Zeitdauer erfaßt, und zwar von dem Zeitpunkt der vorhergehenden Erfassung des Ursprungspunkts zu dem Zeitpunkt des momentanen Erfassens des Ursprungspunkts; diese führt ferner eine Beurteilung dahingehend durch, daß eine Anormalität vorliegt, wenn die erfaßte Zeit nicht innerhalb eines festgelegten Bereichs liegt.

Die oben beschriebene Distanzmeßapparatur enthält ferner eine Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung, die eine Beurteilung dahingehend durchführt, daß eine Anormalität vorliegt, wenn die Erregerphase des Schrittmotors eine Phase ist, die anders als eine festgelegte Phase ist, und zwar in einem Fall, daß die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung den Ursprungspunkt erfaßt.

Eine umfassendere Erfassung der Erfindung und vieler zugeordneter Vorteile ergibt sich unmittelbar aus einem besseren Verständnis hiervon unter Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung bei Betrachtung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild zum Darstellen der Struktur einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Graphen zum Darstellen des Betriebs einer Scannvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Struktur einer Ursprungspunkt-Erfassungsvorrichtung;

Fig. 4 einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen einem Ursprungspunkt und einem Startpunkt zum Scannen;

Fig. 5 einen Graphen zum Erläutern eines Betriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 die Struktur des bekannten Geräts.

Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter beschrieben.

Eine Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt einen Ursprungspunkt als Referenzposition einer Reflexionsvorrichtung und berechnet eine Richtung zum Weiterleiten eines Strahls im Zusammenhang mit der Reflexionsvorrichtung auf der Grundlage des Ursprungspunkts.

Eine Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt, daß eine Reflexionsvorrichtung an einer Startposition zum Scannen angeordnet ist, wenn eine festgelegte Zeit verstrichen ist, nachdem eine Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung den Ursprungspunkt erfaßt hat.

Eine Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt, daß sich eine Reflexionsvorrichtung in einer Startposition zum Scannen befindet, und zwar in dem Fall, in dem eine Erregerphase eines Schrittmotors mit einer festgelegten Phase übereinstimmt, nachdem eine Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung einen Ursprungspunkt erfaßt hat.

Eine Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung führt ausgehend von einer Startposition zum Scannen entlang einer festgelegten Richtung ein Scannen durch und kehrt nach jedem Einfachzyklus eines Erregermusters einer Reflexionsvorrichtung zu der Startposition zum Scannen zurück, nachdem das Scannen über einen festgelegten Bereich abgeschlossen ist.

Eine Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt eine Zeit zwischen dem Erfassen des vorhergehenden Ursprungspunkts bis zu dem Erfassen des momentanen Ursprungspunkts und bestimmt dann, wenn die erfaßte Zeit nicht innerhalb eines festgelegten Bereichs liegt, daß eine Anormalität auftritt.

Eine Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt das Auftreten einer Anormalität in dem Fall, daß die Erregerphase eines Schrittmotors nicht eine festgelegte Phase ist, wenn eine Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung einen Ursprungspunkt erfaßt.

Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Elemente benützt werden, ohne eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente.

Ausführungsform 1

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen einer Struktur der Distanzmeßapparatur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Distanzmeßapparatur enthält eine Strahlsendevorrichtung, die aus einer Laserdiode 11 zum Erzeugen eine gepulsten Laserstrahls besteht, sowie einer Strahlsendelinse 12 zum Bündeln des durch die Laserdiode 11 emittierten gepulsten Strahls unter Bildung eines im Zusammenhang einer Scannrichtung sehr schmalen Laserstrahls; ferner eine Scannvorrichtung 2 mit einem Spiegel 21 als L-för­ mige Reflexionsvorrichtung, die durch Reflexion den Laserstrahl der Strahlsendevorrichtung 1 in eine festgelegte Richtung sendet und einen gepulsten Strahl empfängt, der dem von einem (nicht gezeigten) Hindernis reflektierten Laserstrahl entspricht, und zwar derart, daß sie den gepulsten Laserstrahl in eine festgelegte Richtung reflektiert, einer Kurvenscheibe 23 und einen Schrittmotor 22, der den Spiegel 21 in einem festgelegten Bereich mit Hilfe der Kurvenscheibe 23 verschwenkt; eine Strahlempfangsvorrichtung 23 mit einer Linse 32, die den durch den Spiegel 21 reflektierten gepulsten Laserstrahl bündelt und einer Fotodiode 31, die den durch die Linse 32 gebündelten Strahl empfängt, um ihn in ein elektrisches Signal umzusetzen; eine Distanzberechnungsvorrichtung 4, die eine Umlaufzeit des Strahls der Laserdiode 11 bis zu dem Empfang des reflektierten gepulsten Strahls durch die Strahlempfangsvorrichtung 3 mißt und eine Entfernung berechnet; eine Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung 5, die einen Ursprungspunkt als Referenzposition des Spiegels in der Scannvorrichtung 2 erfaßt; und eine Prozessoreinheit 6, die die für jeden Winkel bemessenen Distanzdaten verarbeitet. Die Prozessoreinheit 6 enthält eine Strahlsenderichtungs- Betriebsvorrichtung die eine Senderichtung des Strahls auf Grundlage eines erfaßten Ausgangssignals der Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung 5 berechnet.

Nun wird der Betrieb der ersten Ausführungsform erläutert. Die Strahlsendevorrichtung 1 emittiert einen gepulsten Strahl durch Treiben der Laserdiode 11 in einem Impulsmodus. Obgleich der von der Laserdiode 11 erzeugte gepulste Laserstrahl allgemein einen geringen Richtfaktor aufweist, läßt er sich in einen Strahl umformen, der eine sehr geringe Breite im Zusammenhang mit einer festgelegten Scannrichtung aufweist, insbesondere eine horizontale Richtung, indem der Strahl durch Einsatz der Strahlsendelinse 12 gebündelt wird. Der Spiegel 21 wird von dem Schrittmotor 22 durch die Kurvenscheibe 23 betätigt und leitet den einfallenden Laserstrahl an die Außenseite des Geräts. Der durch die Strahlsendefläche des Spiegels 21 reflektierte Laserstrahl wird durch das Hindernis reflektiert, und der reflektierte Laserstrahl fällt wieder als reflektierter gepulster Strahl in den Spiegel 21 ein. Die Strahlempfangsfläche des Spiegels 21 reflektiert den reflektierten gepulsten Strahl und leitet ihn an die Strahlempfangsvorrichtung 3. In der Lichtempfangsvorrichtung 3 wird der reflektierte gepulste Strahl durch die Linse 33 gebündelt und einer fotoelektrischen Umsetzung durch die Fotodiode 31 unterzogen. Das umgesetzte Ausgangssignal wird bei der Distanzberechnungsvorrichtung 4 eingegeben. Die Distanzberechnungsvorrichtung 4 mißt eine Zeit Δt, die zwischen der Zeit der Emission des gepulsten Strahls durch die Laserdiode und der Zeit des Empfangs des reflektierten gepulsten Strahls durch die Strahlempfangsvorrichtung 3 verstreicht, und berechnet die Entfernung zu dem Hindernis, indem eine Hälfte (1/2) der gemessenen Zeit Δt mit der Lichtgeschwindigkeit (3 × 10⁸ m/s) multipliziert wird. Diese Vorgehensweise wird jedesmal wiederholt, wenn der Spiegel 21 entlang der Scannrichtung mit festgelegten Zeitintervallen verstellt wird.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zum Darstellen des Betriebs der Scannvorrichtung 2, und es sind die Schrittzahl des Schrittmotors 22 und die Winkel des verschwenkten Spiegels 21 gezeigt. In der Figur entspricht ein Vorlaufbereich einem Scannbereich, in dem die Distanz durch Senden des Laserstrahls in den festgelegten Bereich gesendet wird. Ein Rücklaufbereich entspricht einem Bereich, in dem der Spiegel 21 in die Scannstartposition zurückgeführt wird, nachdem das Scannen des gesamten Scannbereichs abgeschlossen ist. In dem Rücklaufbereich erzeugt die Strahlsendevorrichtung 1 keinen gepulsten Strahl. Die Kurvenscheibe 23 weist eine derartige Form auf, daß eine Schwingbewegung des Spiegels 21 durch Drehen entlang dem Vorlaufbereich in zwanzig Schritten erfolgt, sowie eine Rücklaufbewegung in dem Rücklaufbereich in vier Schritten, durch schrittweises Betätigen des Schrittmotors 22. Demnach wird eine Umlauf-(Vorlauf- und Rücklauf-)Bewegung des schwenkbaren Spiegels 21 in vierundzwanzig Schritten durchgeführt. Ein Schwenkwinkel eines Schritts des Schrittmotors 22 beträgt 15°, was 0,3° des Schwenkwinkels des Spiegels entspricht, und 0,6° des Scannwinkels des Laserstrahls, also dem Doppelten des Schwenkwinkels des Spiegels. Demnach beträgt der gesamte Scannwinkel des Laserstrahls 0,6° × 20 = 12°.

Nun wird eine Vorgehensweise zum Berechnen der Senderichtung für den Strahl gemäß der ersten Ausführungsform erläutert. Die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung 5 ist so ausgebildet, daß sie beispielsweise ein Ende des schwenkbaren Spiegels mit einem Foto-Unterbrecher oder dergleichen erfaßt, wenn der schwenkbare Spiegel eine bestimmte Position einnimmt. Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Struktur der Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung 5. In der Figur kennzeichnet ein Bezugszeichen 211 einen an der Rückfläche des Spiegels 21 vorgesehenen Vorsprung. Ein Bezugszeichen 51 kennzeichnet einen Foto-Unterbrecher. Ein Bezugszeichen 52 kennzeichnet ein lichtemittierendes Element. Ein Bezugszeichen 53 kennzeichnet ein lichtempfangendes Element, das von dem lichtemittierenden Element 52 ausgehendes Licht empfängt. Der Spiegel 21 wird gemäß der Figur nach rechts verstellt. Der Vorsprung 211 unterbricht das von dem lichtemittierenden Element ausgehende Licht, und die Position des Ursprungspunkts des Spiegels 21 wird erfaßt.

Die Fig. 4 zeigt einen Graphen zum Erläutern der Beziehung zwischen dem Ursprungspunkt, der durch die Ursprungspunkt, Erfassungsvorrichtung 5 erfaßt wird, und einer Startposition zum Scannen. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird der Ursprungspunkt zu einer Position festgelegt, die 3° von der Startposition zum Scannen abweicht.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß dann, wenn sich der Spiegel 21 in der Startposition zum Scannen befindet, der Vorsprung 211 die tiefste Position in einem U-förmigen Kanal (Fig. 3) einnimmt, damit das Licht von dem lichtemittierenden Element 52 unterbrochen wird. In dieser Situation gibt die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung 5 ein Signal mit H-Pegel aus. Anschließend empfängt der Schrittmotor 22 infolge Treibersignale, um den Spiegel 21, bezogen auf die Fig. 3, nach links zu verschwenken. Wird der Schwenkwinkel 3°, so ist der Vorsprung 211 in eine Position bewegt, in der er das Licht des lichtemittierenden Elements 52 nicht unterbricht.

Anschließend kann das lichtempfangende Element 53 das Licht des lichtemittierenden Elements 52 empfangen, wodurch die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung 5 ein Signal mit L-Pegel anstelle des Signals mit H-Pegel ausgibt. Der Spiegel 21 wird weiterhin in die nach links gerichtete Richtung in zwanzig Schritten verschwenkt, und anschließend in die nach rechts gerichtete Richtung, bezogen auf die Fig. 3. Anschließend kehrt der Spiegel 21 zu dem Schwenkwinkel von 3° zurück, wodurch die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung 5 das Signal mit H-Pegel anstelle des Signals mit L-Pegel ausgibt. Eine Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung legt fest, daß ein Zeitpunkt, in dem das Ausgangssignal der Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung 5 sich von dem Signal mit L-Pegel zu dem Signal mit H-Pegel verändert, dem Ursprungspunkt entspricht, und zur selben Zeit beginnt sie mit der Zeiterfassung und bestimmt, daß sich der Spiegel 21 in der Startposition zum Scannen befindet, nachdem eine festgelegte Zeit T nach diesem Zeitpunkt verstrichen ist. Die Zeit T wird in Abhängigkeit von einer Zeitdauer des Treibersignals bestimmt, das dem Schrittmotor 22 zugeführt wird, sowie der Position, die als Ursprungspunkt festgelegt ist, usw.

Da wie oben erwähnt, der Schrittmotor 22 sich bei jedem Schritt um 15° dreht, bewirkt er ein Schwenken des Spiegels 21 zum Scannen des Laserstrahls um 0,6°. Demnach bestimmt die Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung, daß der Startpunkt zum Scannen in dem Zeitpunkt vorliegt, in dem die festgelegte Zeit T nach dem Erfassen des Ursprungspunkts verstrichen ist, und zählt die Zahl der Treibersignale, die der Zahl der Schritte des Schrittmotors 22 entspricht, bezogen auf die Startposition zum Scannen. Erfolgt beispielsweise eine Bewegung von acht Schritten, so ist zu erkennen, daß die gepulsten Strahlen in einer Richtung von 4,8° (0,6° × 8), bezogen auf den Startpunkt zum Scannen, emittiert werden. Insbesondere dann, wenn der Ursprungspunkt erfaßt wird, kann die Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung die Richtung des Sendestrahls im momentanen Zeitpunkt auf der Grundlage der Information des Ursprungspunkts berechnen.

Die Prozessoreinheit 6 gibt Daten im Zusammenhang mit der Entfernung und der Richtung des erfaßten Hindernisses aus, die der durch die Distanzberechnungsvorrichtung 4 berechneten Richtung und der durch die Strahlsenderichtungs- Betriebsvorrichtung berechneten Senderichtung des Strahls entsprechen.

Wie oben erwähnt, wird der Spiegel zum Scannen des Laserstrahls durch die Kombination des Schrittmotors und der Kurvenscheibe verschwenkt, und der Scannwinkel wird anhand der Form der Kurvenscheibe bestimmt. Demnach kann dann, wenn ein einfacher Punkt als Ursprungspunkt durch eine Bewegung des Spiegels erfaßt wird, die Startposition zum Scannen, von der eine Messung einer Distanz ausgeht, nach einem Zeitraum, bezogen auf die Erfassung des Ursprungspunkts, erhalten werden. Auch der Scannwinkel kann erhalten werden. Demnach kann die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung eine einfache Struktur aufweisen und kompakt sein.

Bei dem bekannten Gerät war es unmöglich, den Scannwinkel bei und im Bereich eines Zeitpunkts konstant zu halten, in dem sich eine Vorwärtsdrehung des Motors 105 in eine Rückwärtsdrehung verändert, oder umgekehrt, da das bekannte Gerät so aufgebaut war, daß es sich im Vorlaufbereich vorwärts und im Rücklaufbereich rückwärts drehte, durch Zuführung eines Sinussignals oder eines Dreiecksignals zu dem Motor 105. Jedoch ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, den Scannwinkel konstant zu halten, da eine Variation der Scannposition beliebig durch Veränderung der Form der Kurvenscheibe bestimmt werden kann.

Ausführungsform 2

Bei der ersten Ausführungsform erfolgt die Beurteilung der Startposition zum Scannen im Zeitpunkt, wenn die festgelegte Zeit nach dem Erfassen der Ursprungsposition verstrichen ist. Bei der zweiten Ausführungsform, bei der ein spezielles Augenmerk auf den Schrittmotor gelegt ist, wird die Startposition zum Scannen anhand einer Erregerphase des Schrittmotors nach dem Erfassen des Ursprungspunkts erfaßt.

Die Fig. 5 zeigt einen Graphen zum Erläutern des Betriebs der zweiten Ausführungsform. Wie in dieser Figur gezeigt ist, wird der Schrittmotor 22 in eine festgelegte Richtung über einen festgelegten Winkel (pro Schritt) getrieben, und zwar durch aufeinanderfolgende Erregung in der Reihenfolge einer Phase A, einer Phase B, einer Phase c und einer Phase D. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Erregerphase des Schrittmotors 22 vorab in Abhängigkeit der Zahl der Schritte bestimmt, die für den Schrittmotor möglich sind. Bei dem in der zweiten Ausführungsform gezeigten Motor ist beispielsweise die Erregerphase der Startposition zum Scannen die Phase A, und der Schwenkwinkel des Spiegels 21 beträgt 0°. Werden die Treibersignale gemäß der vierundzwanzig Schritte dem Motor zugeführt, so dreht sich der Motor um eine Drehung, und im Ergebnis wird die Erregerphase des nächsten Startpunkts zum Scannen die Phase A. Der Grund hierfür ist wie folgt. Der Motor gemäß dieser Ausführungsform weist vier Phasen auf und wird in einem Einphasen-Erregermodus angetrieben. Ferner wird er um eine Drehung durch sechs Zyklen eines Erregermusters gedreht, und ein Zyklus entspricht dem Durchlaufen durch und das suczessive Erregen ausgehend von der Phase A zu der Phase D. Jedoch sind die Zahl der Schritte, das Erregermuster, die Zyklen usw. durch einen Motor und das einzusetzende Erregerverfahren (z. B., dem Modus) festgelegt.

Bei der zweiten Ausführungsform erfolgt im Zusammenhang mit dem oben erwähnten Punkt eine Beurteilung derart, daß dann, wenn die Erregerphase des Schrittmotors 22 die Phase A wird, nachdem die Positionsdetektorvorrichtung den Ursprungspunkt 5 erfaßt hat, der Zeitpunkt als die Startposition zum Scannen betrachtet wird, von dem aus die Messung einer Entfernung auszuführen ist.

Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es aufgrund der Tatsache, daß die Startposition zum Scannen, von der die Messung einer Entfernung begonnen wird, anhand der Erregerphase des Schrittmotors festgelegt wird, nachdem die Position des Ursprungspunkts erfaßt ist, nicht erforderlich, eine Zeit nach dem Erfassen des Ursprungspunkts zum Erfassen der Startposition zum Scannen zu messen, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Bei der Erfassung des Ursprungspunkts ist die Erfassung einer ungefähren Position ausreichend, und eine genaue Position ist kaum erforderlich. Beispielsweise besteht selbst dann, wenn eine Position, die nach Ablauf einer festgelegten Zeit nach dem Zeitpunkt der Erfassung des Ursprungspunkts von der Startposition zum Scannen abweicht, keine Gefahr einer fehlerhaften Erkennung dahingehend, daß die abweichende Position die Startposition zum Scannen ist. Ferner kann das Gerät gemäß der zweiten Ausführungsform eine genaue Senderichtung des Strahls erfassen, unabhängig von anderen variablen Faktoren zum Erfassen von Positionen, beispielsweise einer Temperaturschwankung.

Ausführungsform 3

Die dritte Ausführungsform stellt eine Verbesserung der zweiten Ausführungsform dar. Bei der dritten Ausführungsform wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, der Spiegel 21 in die Startposition zum Scannen zurückgeführt, während er nahezu den gesamten Bereich zum Schwenken im Rückführbereich in einem Zyklus (d. h., vier Schritten) eines Erregermusters des Schrittmotors 22 überstreicht. Da der Rückführbereich einem Zyklus des Erregermusters des Schrittmotors 22 entspricht, tritt in dem Rückführbereich jede der Phasen A bis D lediglich einmal auf. Wird der Ursprungspunkt erfaßt, so ist die Erregung mit den Phasen A und B bereits abgeschlossen, und die Erregung mit den Phasen C und D er folgt in den verbleibenden Rückführbereich. Deshalb tritt die Erregung der Phase A nach dem Erfassen des Ursprungspunkt immer bei der nächsten Startposition zum Scannen auf. Demnach besteht keine Möglichkeit einer fehlerhaften Festlegung, daß die Phasen A im Vorlaufbereich die nächste Startposition zum Scannen zum Durchführen der Messung der Entfernung sein muß. Demnach kann die Startposition zum Scannen sicher erfaßt werden, ohne daß eine Abweichung von einem Zyklus des Erregermusters des Schrittmotors 22 auftritt.

Ausführungsform 4

Die vierte Ausführungsform bezieht sich auf die Frage, wie sich Schwierigkeiten in der Distanzmeßapparatur erfassen lassen. Die Apparatur gemäß der vierten Ausführungsform ist mit einer Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung versehen, zusätzlich zu der Apparatur gemäß der ersten Ausführungsform. Die Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung ist in der Prozessoreinheit 6 enthalten.

Die Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung enthält eine Zeitzählvorrichtung zum Messen einer Zeit, die zuvor erfaßt wurde, bis zu dem Zeitpunkt, der momentan erfaßt wird, und zwar im Hinblick auf den Ursprungspunkt des Spiegels 21. Die verstrichene Zeit wird mit einem festgelegten Zeitbereich verglichen, der in der Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung gespeichert ist. Der festgelegte Zeitbereich entspricht einer Zeit, die zum Verstellen des Schrittmotors 22 um vierundzwanzig Schritte erforderlich ist, wobei ein zulässiger Fehlerbereich betrachtet wird. Zeigt das Ergebnis des oben erwähnten Vergleichs, daß die verstrichene Zeit nicht innerhalb des festgelegten Zeitbereichs liegt, so bestimmt die Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung, daß eine Anormalität vorliegt, beispielsweise ein Fehler beim Treiben des Schrittmotors. Wird eine Anormalität festgestellt, so werden die Entfernungsdaten bei diesem momentanen Zyklus erfaßt, oder die im vorhergehenden Zyklus korrekt berechneten Daten werden beispielsweise benützt. Demnach werden dann, wenn die oben erwähnte Anormalität aufgrund von Schwankungen auftritt, die Entfernungsdaten irgendeiner fehlerhaften Winkelposition nicht übernommen.

Ausführungsform 5

Die fünfte Ausführungsform betrifft die Frage, wie sich Schwierigkeiten bei der Distanzmeßapparatur erfassen lassen. Die Apparatur gemäß der fünften Ausführungsform ist mit einer Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung versehen, zusätzlich zu der Apparatur gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung ist in der Prozessoreinheit 6 enthalten. Die Anormalitäts- Erfassungsvorrichtung beurteilt, ob die Erregerphase des Schrittmotors 22 in dem Zeitpunkt, in dem der Ursprungspunkt des Spiegels 21 erfaßt wird, eine festgelegte Phase ist oder nicht. Eine Schwenkposition des Spiegels 21 ist das mechanische Pendant zu einer Erregerphase des Schrittmotors 22. Die Erregerphase des Schrittmotors 22 in dem Zeitpunkt, in dem der Ursprungspunkt erfaßt wird, stimmt immer mit einer festgelegten Phase überein. Demnach beurteilt die Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung dann, wenn eine Erregerphase des Schrittmotors 22 in dem Zeitpunkt, in dem der Ursprungspunkt erfaßt wird, nicht die festgelegte Phase ist, daß eine Anormalität auftritt, beispielsweise ein Fehler beim Treiben des Schrittmotors 22. Wie bei der Ausführungsform erfolgt bei der Beurteilung der Anormalität eine Vorgehensweise derart, daß die im momentanen Zyklus bestimmten Entfernungszeiten gelöscht werden oder die genau berechneten Daten des vorhergehenden Erfassungszyklus übernommen werden.

Wie oben beschrieben, kann aufgrund der Tatsache, daß die Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung eine Scannvorrichtung enthält, die einen Strahl durch verschwenken einer Reflexionsvorrichtung in einem festgelegten Bereich scannt, sowie eine Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung zum Erfassen eines Ursprungspunkts als Bezugspunkt der Reflexionsvorrichtung, eine Strahlsenderichtungs- Betriebsvorrichtung zum Berechnen einer Senderichtung des Strahls, der von der Reflexionsvorrichtung reflektiert wird, auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung, die Distanzmeßapparatur die Senderichtung des Strahls mit einer kompakten und einfachen Struktur erfassen.

Bei der Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung kann aufgrund der Tatsache, daß es mit der Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung ausgestattet ist, die bestimmt, daß sich die Reflexionsvorrichtung in einer Startposition zum Scannen befindet, wenn eine festgelegte Zeit nach dem Erfassen des Ursprungspunkts durch die Ursprungspunkt-Erfassungsvorrichtung verstrichen ist, die Startposition zum Scannen auf der Grundlage von Information im Zusammenhang mit dem Ursprungspunkt bestimmt werden, unabhängig von der Art des eingesetzten Motors.

Da ferner die Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung die Scannvorrichtung mit einem Schrittmotor und die Betätigungsvorrichtung zum Bestimmen einer Strahlsenderichtung enthält die bestimmt, daß sich die Reflexionsvorrichtung in der Startposition zum Scannen befindet, wenn eine Erregerphase mit einer festgelegten Phase nach dem Erfassen des Ursprungspunkts durch die Ursprungspunkt-Erfassungsvorrichtung übereinstimmt, der Startpunkt zum Scannen genau bestimmt werden.

Ferner kann aufgrund der Tatsache, daß die Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung die Scannvorrichtung enthält, die fortlaufend ausgehend von dem Startpunkt zum Scannen in eine festgelegte Richtung scannt und nach dem Scannen zu dem Startpunkt innerhalb eines Zyklus eines Erregermusters des Schrittmotors nach dem Beenden des Scannens eines festgelegten Bereichs zurückkehrt, die Startposition zum Scannen genau bestimmt werden.

Ferner kann aufgrund der Tatsache, daß die Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung enthält, die eine Zeit zwischen dem Zeitpunkt des vorhergehenden Erfassens des Ursprungspunkts und dem Zeitpunkt des momentanen Erfassens des Ursprungspunkts bestimmt, und beurteilt, daß eine Anormalität vorliegt, wenn eine bestimmte Zeit nicht innerhalb eines festgelegten Bereichs liegt, die Anormalität der Apparatur erfaßt werden.

Ferner kann aufgrund der Tatsache, daß die Distanzmeßapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung die Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung enthält, die beurteilt, daß eine Anormalität vorliegt, wenn eine Erregerphase eine Phase ist, die sich von einer festgelegten Phase unterscheidet, die Anormalität der Apparatur genau erfaßt werden.

Es ist offensichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehren möglich sind. Es ist demnach zu erkennen, daß sich innerhalb des Schutzbereichs der angefügten Patentansprüche die Erfindung anders als hier speziell beschrieben ausführen läßt.

Claims (6)

1. Distanzmeßapparatur, enthalten:
eine Strahlsendevorrichtung (1) zum Senden eines Strahls,
eine Reflexionsvorrichtung (21) zum Senden des Strahls der Strahlsendevorrichtung (1) in eine festgelegte Richtung durch Reflexion und zum Reflektieren eines reflektierten Strahls, der sich durch Reflexion des Strahls an einem Hindernis ergibt, in eine festgelegte Richtung,
eine Scannvorrichtung (2), die die Reflexionsvorrichtung (21) in einem festgelegten Bereich zum Scannen des Strahls verschwenkt,
eine Strahlempfangsvorrichtung (3) zum Empfangen des von der Reflexionsvorrichtung (21) reflektierten Strahls,
eine Entfernungsberechnungsvorrichtung (4) zum Berechnen einer Entfernung zu dem Hindernis auf der Grundlage einer verstrichenen Zeitdauer, bezogen auf den Zeitpunkt, in dem die Strahlsendevorrichtung (1) den Strahl sendet, bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Strahlempfangsvorrichtung (3) den reflektierten Strahl empfängt,
eine Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung (5) zum Erfassen eines Ursprungspunkts als Referenzposition der Reflexionsvorrichtung (21), und
eine Strahl senderichtungs-Betriebsvorrichtung zum Berechnen der Strahlsenderichtung des Strahls der Reflexionsvorrichtung (21) auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung (5).

2. Distanzmeßapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsende- Betätigungsvorrichtung festlegt, daß sich die Reflexionsvorrichtung (21) in einer Startposition zum Scannen befindet, wenn eine festgelegte Zeit ab dem Zeitpunkt verstrichen ist, in dem die Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung (5) den Ursprungspunkt erfaßt.

3. Distanzmeßapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Scannvorrichtung (2) einen Schrittmotor (22) enthält, und
die Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung festlegt, daß sich die Reflexionsvorrichtung (21) in der Startposition zum Scannen befindet, wenn eine Erregerphase (A, B, c, D) des Schrittmotors (22) mit einer festgelegten Phase übereinstimmt, nachdem die Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung (5) den Ursprungspunkt erfaßt.

4. Distanzmeßapparatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scannvorrichtung (2) zum schrittweisen Scannen vorgesehen ist, ausgehend von der Startposition zum Scannen entlang einer festgelegten Richtung, und zu der Startposition zum Scannen innerhalb eines Zyklus eines Erregermusters des Schrittmotors (22) nach Beenden des Scannens in einem festgelegten Bereich zurückführbar ist.

5. Distanzmeßapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Anormalitäts- Erfassungsvorrichtung enthält, die eine Zeit zwischen dem vorhergehenden Zeitpunkt der Detektion des Ursprungspunkts zu dem momentanen Zeitpunkt der Detektion des Ursprungspunkts bestimmt und festlegt, daß eine Anormalität vorliegt, wenn die bestimmte Zeit nicht innerhalb eines festgelegten Bereichs liegt.

6. Distanzmeßapparatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anormalitäts- Erfassungsvorrichtung enthält, die bestimmt, daß eine Anormalität vorliegt, wenn die Erregerphase des Schrittmotors (22) dann, wenn die Ursprungspunkt- Detektorvorrichtung (5) den Ursprungspunkt erfaßt, eine Phase ist, die sich von einer festgelegten Phase unterscheidet.