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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.
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Die 6 zeigt ein bekanntes Distanzdetektorgerät, das beispielsweise
in der nicht geprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 137867/1994 offenbart ist. In 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.
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Nun
wird der Betrieb des bekannten Distanzdetektorgeräts erläutert. Der
schwenkbare Spiegel 104 mit Reflektionsflächen 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.
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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 203 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.
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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.
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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.
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Demnach
war der Einsatz eines hochgenauen optischen Systems für die Detektion
der Position erforderlich.
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Des
weiteren wird in Patentanmeldung
EP 0 636 903 A1 ein ähnliches System, wie das oben
beschriebene, offenbart, welches aus einem eine elektromagnetischen
Welle erzeugenden Gerät
und einem Abstandsmessgerät
besteht. Offenlegungsschrift
DE 43 40 756 A1 beschreibt eine Laserabstandsermittlungsvorrichtung,
die durch Aussenden und Empfangen von Lichtpulsen den Abstand von Objekten
in einem Messbereich ermitteln kann. Darüber hinaus offenbart Offenlegungsschrift
DE 44 33 082 A1 eine ähnliche
Entfernungsmessvorrichtung, die auch Berechnungen der Entfernung
von Objekten zu der Messvorrichtung auf Grundlage des reflektierten
Lichtes durchführen
kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Distanzmeßapparatur.
Die Aufgabe wird durch die Ansprüche
1 und 3 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Ein
Vorteil 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.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung einer Distanzmeßapparatur,
die eine genaue Scannrichtung auch bei einer Veränderung der Temperatur und
bei Vibrationen erfassen kann.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung einer Distanzmeßapparatur,
die einen Fehler in der Apparatur dadurch erfassen kann, daß eine Anormalität der Distanzmeßapparatur
beurteilt wird.
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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 sich 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 Strahlsenderichtungs-Betriebsvorrichtung zum Berechnen
der Strahlsenderichtung des Strahls der Reflexionsvorrichtung auf der
Grundlage eines Ausgangssignals der Ursprungspunkt-Detektorvorrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Folgenden sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung;
es zeigen:
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1 ein
Schaltbild zum Darstellen der Struktur einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Graphen zum Darstellen des Betriebs einer Scannvorrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung der Struktur einer Ursprungspunkt-Erfassungsvorrichtung;
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4 einen
Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen einem Ursprungspunkt
und einem Startpunkt zum Scannen;
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5 einen
Graphen zum Erläutern
eines Betriebs gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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6 die
Struktur des bekannten Geräts.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detaillierter beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 1
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Die 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-förmige 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 22 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.
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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 32 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.
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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°.
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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 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.
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Die 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 4 gezeigt ist, wird der Ursprungspunkt
zu einer Position festgelegt, die 3° von der Startposition zum Scannen
abweicht.
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In 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
(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 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.
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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 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..
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 2
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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.
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Die 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 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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 3
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Die
dritte Ausführungsform
stellt eine Verbesserung der zweiten Ausführungsform dar. Bei der dritten
Ausführungsform
wird, wie in 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 erfolgt 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, da 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.
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Ausführungsform 4
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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.
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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.
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Ausführungsform 5
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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 vierten 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.