DE2046649A1

DE2046649A1 - Entfernungsmesser mit zuruckge strahltem Lichtbundel

Info

Publication number: DE2046649A1
Application number: DE19702046649
Authority: DE
Inventors: Giovanni La Rosiaz Lau sänne Lietar Christian Yverdon Vaud Odone (Schweiz)
Original assignee: Paillard SA
Current assignee: Paillard SA
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1970-09-15
Publication date: 1971-04-22
Also published as: AT302029B; GB1280415A; FR2068197A5; CH501895A; JPS4917548B1; US3671127A

Description

fclM^NG. DICTER 3ANDER

DR.-ING. MANFRED BONING 9 Π / C R / Q PATENTANWXlTi I U 4 D D k 9

1 BERLIN S3 (DAHlIM)

HOTTENWEC* 1S TEtEFOM 761I0I

218/13 420 DE 15.September

Patentanmeldung

der Firma

PAILLARD S.A.

Sainte-Croix (Waadt, Schweiz)

"Entfernungsmesser mit zurückgestrahltem Lichtbündel¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf einem Entfernungsmesser mit
einem Projektor, der ein Lichtbündel aussendet, und auf dem Objekt, dessen Entfernung ermittelt »erden soll, einen Lichtfleck bildet, sowie einem optischen Sammelsystem, das ein
Teil der vom Lichtfleck reflektierten Strahlen auffängt und sie möglichst punktförmig konvergierend zu einer lichtempfindlichen Vorrichtung lenkt, die mindestens eine Spaltkante aufweist, welche im Bereich dir Konvergenzpunkte der
aufgefangenen Strahlen verschiebbar ist zum Bestimmen der

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Entfernung dieser Konvergenzpunkte, die proportional zur Entfernung des Objektes ist.

Bei derartigen Entfernungsmessern kann die Empfindlichkeit der Messvorrichtung durch Nebenlicht, das auf die lichtempfindliche Vorrichtung auftreffen kann, beeinträchtigt werden. Diese Vorrichtung besteht im allgemeinen aus einem oder mehreren Photoleitern, die bekanntlich ebensogut bei nützlichen wie bei störenden Signalen ansprechen. Im allgemeinen ist das vom Projektor ausgesandte Lichtbündel- das nicht unbedingt zum sichtbaren Spektrum gehören soll - derart moduliert, dass es unter den vom optischen Sammelsystem aufgefangenen Strahlen die Unterscheidung der nützlichen und der störenden Strahlen ermöglicht. Trotzdem erzeugt das Nebenlicht eine Art "Nebengeräusch", das die Empfindlichkeit der mit moduliertem Licht beeinflussten Photozelle verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine merkliche Verminderung der Störwirkung des Nebenlichtes bei den vorerwähnten Entfernungsmessern zu erzielen. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, dass der Enfernungsmesser eine Blende enthält, die im Bereich der Konvergenzpunkte der vorgenannten Strahlen angeordnet ist und welche mindestens eine Oeffnung aufweist, zwecks dem Durchgang des auf dem Objekt vom Lichtfleck ausgesandten konvergierenden LichtbUndel, während die Blende die liahtempfindliche Vorrichtung wenigstens von einem Teil des Nebenlichtes schützt, zu ermöglichen.

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Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform und drei Varianten des Erfindungsgegenstandes. Darin zeigen :

Fig. 1 einen das Prinzip des Entfernungsmessers darstellenden vereinfachten Schnitt.

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, die eine andere Arbeitsstellung veranschaulicht.

Fig. Z und 4 Ansichten gemäss III-III und IV-IV der Fig. bzw. 2, die den Lichtspalter unter zwei verschiedenen Funktionsbedingungen darstellen.

Fig. 5, 6 und 7 drei Varianten dieses Lichtspalters.

Mit Bezug auf die Fig. 1 umfasst der Entfernungsmesser einen Projektor, bestehend aus einer Lampe 1 und einem Parabolspiegel 2, der auf das nicht dargestellte Objekt dessen Entfernung ermittelt werden soll, ein Lichtbündel 3 mit möglichst parallelen Strahlen wirft. Grundsätzlich kann die Lampe 1 eine Glühfadenlampe sein, die durch einen pulsierenden Strom mit einer verhältnismässig niedrigen Fis^uenz, z.B. 10 Hz gespeist wird, um ein moduliertes Lichtbündel zu erzeugen. Unter Lichtbündel versteht man ein Strahlenbündel jeglicher Frequenz, also auch unsichtbares Licht. Es hat sich praktisch als sehr vorteilhaft erwiesen, bei Entfernungsmessern der vorerwähnten Bauart Infrarotstrahlen

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zu verwenden.

Der auf dem Objekt, dessen Entfernung ermittelt werden soll, erzeugte Lichtfleck sendet Strahlen aus von denen die zur optischen Axe des Projektors parallelen Strahlen von einem optischen Sammelsystem aufgefangen werden, das aus einem Spiegel 4 besteht. Dieser Spiegel wird durch einen diametralen Streifen eines sphärischen Hohlspiegels gebildet.

Die Lichtstrahlen 5, die vorausgesetzt von einem sich praktisch im Unendlichen befindlichen Objekt ausgesandt werden, wurden im oberen Teil der Zeichnung und der Strahlengang des Lichtbtindels 5a» das von einem naheliegenden Objekt herrUhrt, dessen Entfernung z.B. ein oder zwei Meter beträgt, im unteren Teil der Zeichnung dargestellt. Die Strahlen 5 würden an einem Punkt 6 konvergieren, der auf der optischen Axe 7 des Spiegels 4 liegt, wenn sie durch einen Planspiegel 8, der inbezug auf eine zur Axe 7 senkrechte Ebene leicht geneigt ist, nicht reflektiert wUrden, sodass die Strahlen an einem Punkt 6' konvergieren.

Der Entfernungsmesser enthält eine lichtempfindliche Vorrichtung die aus zwei Photoleitern 9 und 10 besteht, die beiderseits eines Lichtspalters angeordnet sind, der einereflektierende Fläche 11 aufweist, die mit dem Konvergenzpunkt 6' der Strahlen in Uebereinstimmung gebracht werden

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kann. In dieser Stellung wird ein Teil der Strahlen nicht aufgehalten und trifft auf den Photoleiter 10 auf, während der lindere Teil des Lichtbündels in Richtung des Photoleiters 9 ausgespiegelt wird. Bei gleich beleuchteten Photoleitern 9 und 10 fällt also die Spaltkante mit dem Konvergenzpunkt 6' der Strahlen 5 ganz genau zusammen.

Zur dinstellung der Spaltkante in Uebereinstimmung mit dyrn Konvergenzpunkt der Strahlen, sitzt die reflektierende Fläche 11 des Lichtspalters auf einem nicht dargestellten Träger der, ihre Verstellung längs der optischen Axe 7 gestattet. Auf diesem Träger sind ebenfalls die Spiegel 9 und 8a angeordnet.

In Fig. 1 ist die reflektierende Fläche 11 in der Stellung zur Spaltung der vom Unendlichen herkommenden Strahlen dargestellt, ΐίε ist erkennbar, dass bei einem naheliegenden Objekt, das die Strahlen 3 auffängt, die vom Lichtfleck herrührenden und vom Spiegel 4 reflektierten Strahlen 5a, im Punkt 6a konvergieren würden. Diese Strahlen werden jedoch von einer Fläche 3a reflektiert und treffen auf die reflektierende Fläche lla auf, sodass sie aim Photoleiter 9 gänzlich ausgespiegelt werden und somit den Photoleiter 10 nicht erreichen. Zur Ermittlung der Entfernung des Objektes, das die Strahlen 5a aussendet, ist eine Verschiebung der Fläche lla mach links inbezug auf die Fig. 1 erforderlich,

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bis die Hälfte des aufgefangenen Strahlenbündels- auf den Photoleiter 10 auftrifft, wodurch also beide Photoleiter gleich belichtet werden.

Beide Flächen 11 und 11a sind selbstverständlich auf einem einzigen Träger befestigt und bestehen vorzugsweise aus vercpiegelten Flächen einer Glasplatte. Praktisch werden der obere und der untere Teil des Spiegels 4 gleichzeitig
Strahlen auffangen, die von einem in einer gegebenen
Entfernung liegenden Objekt herrühren, und der in der
Zeichnung zur Erläuterung dargestellte Fall bei dein die
vom Unendlichen herkommenden Strahlen 5 und die von einem naheliegenden Objekt herrührenden Strahlen 5a auf dem Spiegel 4 gleichzeitig auftreffen, wird nicht auftreten, da es sich wohlverstanden um zerstreute Strahlen handelt, die
vom Lichtfleck ausgesandt werden, der durch das Strahlenbündel gebildet wird.

Die Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 nun dadurch, dass die reflektierende Fläche 11 und die Spiegel 8 und
8a in die Stellung zur Spaltung von Strahlen versetzt
wurden, die von einem naheliegenden Objekt ausgesandt werden, das z.B. in einem Abstand von 1.50 m zum Enfernungemesser liegt. Wie bei der Fig. 1 wurden Strahlen 5 dargestellt die vorausgesetzt von einem weitentfernten Objet reflektiert würden und praktisch parallel zur optischen Axe 7 verlau-

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fen, sowie die Strahlen 5a, die vom Lichtfleck ausgesandt «erden, der vom Projektor erzeugt wird, für eine Distanz von 1,50 m zwischen Objekt und Entfernungsmesser. Die Strahlen 5a konvergieren im Punkt 6a, der mit der Spaltkante zusammenfällt, sodass sie unter den Photoleitern 9 und 10 in gleichen Masse verteilt werden. Hingegen treffen die vom Spiegel 8 reflektierten Strahlen 5 nicht auf die reflektierte Fläche 11 auf, sondern werden alle zum Photoleiter 10 gelenkt.

Fig. 3 zeigt in Vorderansicht die reflektierenden Flächen und 10, die auf einer Glasplatte 12 liegen. Zur Verminderung des Einflusses der Nebenlichtstrahlen weist diese Glasplatte 12 zwei als Blende ausgebildete undurchsichtige Flächen und 14 aus, zwischen welchen ein Schlitz 15 besteht. Dieser Schlitz 15 ist derart angeordnet, dass er im Bereich der Konvergenzpunkte der reflektierten, vom Spiegel 4 aufgefangenen Strahlen zu liegen kommt. Bs ergibt sich daduch, dass der grösste Teil der ITebenlicht strahlen auf die eine oder auf die andere der undurchsichtigen und nicht reflektierenden Flächen 13 und 14 auftreffen. Diese Strahlen können somit zu den Photoleitern 9 und 10 nicht gelangen, sodass mit letzteren eine ausgezeichnete Empfindlichkeit erzielt , wird, da sie von Nebenlichtstrahlen nicht ungünstig beeinträchtigt wird.

In der Fig. 3> die dem in Fig. 1 erläuterten Fall enspricht,

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wurden mit 6' die beiden, durch den Projektor des Entfernungsmessers gebildeten Lichtflecken bezeichnet, die von einem, vom Entfernungsmesser sehr -weit entfernten ObJeM; zurUckgestrahlt werden. Auf Grund dieser grossen Entfernung ist das empfangene Bild des Lichtfleckes sehr klein und die Lichtstärke der empfangenen Strahlen verhältnismässig schwach.

In derselben Fig. 3 wurde mit einem, mit 6a bezeichneten Kreis der Lichtfleck dargestellt, der durch die Strahlen 5a gebildet würde, wenn sie von einem zum Entfernungsmesser naheliegenden Objekt ausgesandt werden. Diese Strahlen werden vor ihrem Konvergenzpunkt von den Flächen 11 und lla aufgefangen. Sie bilden also einen Lichtfleck mit relativ grossem Durchmesser, einerseits auf Grund des nahestehenden Objektes, das ein grösseres Bild des Lichtfleckes erzeugt und andererseits auf Grund der Unscharfe dieses Bildes, weil α die Flächen 11 und lla nicht in der Schärfenebene liegen. Da die Distanz zwischen Entfernungsmesser und Objekt verhältnismässig schwach ist, ist die Lichtstärke dieser Strahlen bedeutend grosser als im Falle von Strahlen, die von einem weitentfernten Objekt ausgesandt werden.

Die Fig. 4 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, aber sie stellt den Fall dar, bei dem die Glasplatte 12 in einer Stellung liegt, welche die Spaltung der Strahlen gewährleistet,

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die von einem Objekt ausgesandt werden, das im Abstand von 1.50 m zum Entfernungsmesser liegt (wie im Fall gemäss Fig 2). In diesem Fall bilden die vom Objekt ausgesandten Strahlen 5a, zwei mit 6a' bezeichnete Lichtflecke, die das Bild des auf dem Objekt durch die Strahlen 3 des Projektors erzeugten Lichtfleckes wiedergeben. Auf Grund der kurzen Distanz zum Objekt ist der Durchmesser dieser Flecken grosser als jener der Flecken 6' gemäss Fig. 3·

In der "Fig. 4 wurden ebenfalls die Lichtflecke dargestellt, die durch die von einem weitentfernten Objekt ausgesandten Strahlen erzeugt wurden, falls die Glasplatte 12 in einer Stellung liegen würde, die einen Belichtungsabgleich unter den Photoleitern 9 und 10 für ein naheliegendes Objekt ergibt. Die vorausgesetzt von einem weitentfernten Objekbherrührenden Strahlen 5, bilden in diesem Falle die durch den Schlitz 15 durchdringenden Lichtflecken 6'. Da die Strahlen 5 vor ihrem Konvergenzpunkt aufgefangen werden, ist der Durchmesser dieser Lichtflecken etwas grosser als jener der Flecken 6' gemäss Fig. 3»

Die Fig. 5 zeigt eine AusfUhrungsVariante bei welcher die Glasplatte 12 zwei reflektierende Flächenteile aufweist, /von denen nur der obere Flächenteil 16 dargestellt ist.

Die Blende weist zwei undurchsichtige Flächen 18 und 19 auf, die mit der Glasplatte 12 festverbunden sind und

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möglichst senkrecht zu dieser angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Spaltkante durch den kleinen Randabschnitt 20 der Fläche 16 gebildet, die dem Schlitz 21 gegenüberliegt, der sich zwischen den undurchsichtigen Flächen 18 un 19 befindet. Auf diese Weise müssen die, auf den einen oder auf den anderen Photoleiter 9 und 10 auftreffenden Strahlen obligatorisch durch den Schlitz 21 hindurchdringen. Selbstverständlich weist die Glasplatte 12 an ihrem unteren Teil eine zweite reflektierende und eine zweite undurchsichtige Fläche auf, die syffietrisch zur reflektierenden Fläche 16 und zu den undurchsichtigen Flächen 18 und 19 liegen, mit Bezug auf eine Symmetrie-Fläche die senkrecht zur Glasplatte 12 und längs Achse 17 gerichtet ist.

Die Fig. 6 bezieht sich auf eine Variante bei welcher die Glasplatte 12 jener gemäss Fig. 3 entspricht, die ferner für jede reflektierende Fläche 11 und lla eine zusätzliche Blende 22 und 22a aufweist, die zirka nur 10 $ des Lichtes durchlässt. Diese Blenden erstrecken sich, wie die Flächen 18 und 19 gemäss Fig. 5, senkrecht zur Glasplatte 12. Ausserdem sind die Blenden 22 und 22a inbezug auf die Glasplatte 12 und in Abhängigkeit der Stellung der letzteren verschiebbar, d.h. in Abhängigkeit der Entfernung für welche die Spaltkante eingestellt ist. -Bs ist erkennbar,

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dass bei grossen Entfernungen die Blenden sehr nahe bei der Glasplatte 12 liegen, diese Lage ist für Blende 22 veranschaulicht, während bei kleinen Entfernungen, z.B. . in der G-rö'ssenordnung von 1.50 m, wie für Blende 22-a veranschaulicht, die Blenden relativ weit von der Glasplatte 12 entfernt sind. Es ist klar, dass diese veränderbare Distanz mittels einer Vorrichtung leicht bewerkstelligt werden kann und welche in Zusammenbang mit der Bewegung der Glasplatte 12 eingestellt wird, wobei den Blenden 22 eine gleich grosse jedoch entgegengesetzte Verschiebung auferlegt wird. Grundsätzlich wird die Verschiebung der Glasplatte 12 durch einen Servo-Motor bewirkt, der durch .ein von den Photoleitern 9 une 10 erzeugtes elektrisches Signal gesteusrt wird.

Die Veränderungsmöglichkeit dieser Distanz wird dadurch begründet, dass falls die Glasplatte 12 in einer Stellung liegt, die etwa dem Unendlichen entspricht und das Objekt von einer kleinen Entfernung Licht zurückstrahlt, die Intensität des zurückgestrahlten Lichtes relativ hoch ist, sodass nur 10 # dieses durch die Blende durchdringenden Lichtes ausreicht zur Veränderung der Belichtung des Photoleiters 9» um dabei ein Signal zu erzeugen, das auf den Servo-Motor zur Scharfeinstellung einwirkt. Hingegen wenn die Gläsplatte in einer Stellung zur Scharfeinstellung bei

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kurzer Entfernung liegt und sich das Objekt in relativ · grosser Entfernung befindet, z.B. 5 bis 10 m, ist dann die Intensität des zurückgestrahlten Lichtbündels schwach, sodass nur 10 $ von dieser Intensität nicht genügen würde zuqa Erregen des Photoleiters 10, um den Servo-Motor in Betrieb zu setzen. Dank diesem Abstand zwischen den Blenden in der Lage 22a und der Glasplatte 12 wird der grb'sste Teil des reflektierten Lichtbündels und sogar in gewissen Fällen die Gesamtheit dieses Bündels auf den Photoleiter 10 auftreffen, der dadurch genügend erregt wird, um den Servo-Motor in Betrieb zu setzen, zur Verschiebung der Glasplatte 12 in die gewünschte Stellung, während wenigstens ein Teil des Nebenlichtes durch die Blenden aufgefangen wird.

Die in Fig. 7 dargestellte Variante entspricht praktisch der Ausfuhrungsform gemäss Fig. 3 und 4. Man findet hier auch die reflektierenden Flächen 11 und 11a, sowie die undurchsichtigen Flächen 13 und 14 und den durchsichtigen Schlitz 15 wieder. Die undurchsichtigen Flächen 13 und 14 haben jedoch eine derartige Form, dass der mittlere Teil des Schlitzes 15 bedeckt wird, und in der Nähe dieses mittleren bedeckten Teiles schmäler wird als bei der, durch die Ränder 23 und 23a der reflektierenden Fläche gebildeten Spaltlinie. Ebenfalls sind die von dieser Spaltlinie

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entferntesten Anteile der Flächen 24 bzw. 24a"der reflektierenden Fläche schmäler.

Diese Anordnung ergibt sich unmittelbar aus der Erläuterung bezuglich den Fig. 3 und 4. Inbezug auf die Fig. ist es erkennbar, dass keine nützliche Lichtstrahlen zwischen den beiden lichtflecken 6' durch den Schlitz 15 hindurchtreten, sodass dieser Anteil undurchsichtig sein kann. Ferner haben die Lichtflecken 6' einen relativ kleinen Durchmesser, sodass der Schlitz 15 schmal sein kann ohne den Durchtritt dieser Strahlen zu beeinträchtigen. In der Höhe der Spaltkante muss vorzugsweise der Schlitz breiter sein, um den Empfang der Gesamtheit der Strahlen zu gestatten, die von einem naheliegenden Objekt reflektiert werden und einen in Fig. 4 mit 6a¹ bezeichneten Lichtfleck bilden.

Wan die schmalen Anteile der Flächen 24a und 24b gemass Fig. 7 betrifft, werden diese dadurch ermöglicht, dass im Falle gemäss Fig. 3 die Intensität der von einem naheliegenden Objekt reflektierten Strahlen die den Lichtfleck 6'a bilden, viel grosser ist als die Intensität der von einem weitentfernten Objekt reflektierten und im Punkt 6¹ konvergierenden Strahlen, JSs ist also nicht erforderlich die Gesamtstärke der Strahlen, die den Lichtfleck 6'a bilden, au benutzen, um richtig auf den Servo-Meohanismus

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einzuwirken.

Selbstverständlich könnte der gleiche Effekt dadurch erzielt werden, dass eine halbdurchsichtige Fläche den Schlitz teilweise abblenden wlirde, wobei jedoch der Schlitzanteil, der zur Spaltkante am nächsten liegt, teilwa.se durch eine halbdurchsichtige Fläche von veränderlichen Dichte verschlossen ist, und der der Spaltkante entgegengesetzte Teil eine Maximaldurchsichtigkeit aufweist.

- Patentansprüche 109817/1264

Claims

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DIPLlNG.DIETER JANDER DR.-ING. MANFRED BONING

PATENTANWXLTE 1 BERLIN 33 (DAHLEM)

HOTTENWEG IB

TELEFON 74110I

Patentanmeldung

der Firma

PAILIARD S.A.

SAINTE-GROIX (Waadt, Schweiz)

Patentansprüche

IlJ Entfernungsmesser mit einem Projektor der ein Lichtbündel aussendet und auf dem Objekt, dessen Entfernung ermittelt werden soll, einen Lichtfleck bildet, sowie einem optischen Sammelsystem, das ein Teil der vom Lichtfleck reflektierten Strahlen auffängt und sie möglichst punktförmig konvergierend zu einer lichtempfindlichen Vorrichtung lenkt, die mindestens eine Spaltkante aufweist, welche im Bereich der Konvergenzpunkte der aufgefangenen Strahlen

' verschiebbar ist, zum Bestimmen der Entfernung der Konvergenzpunite, die proportional zu Entfernung des Objektes ist, dadurch g. ekenn ze i c hne t, dass er eine

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Blende (13, I4) enthält, die im Bereich der Lonvergenzpunkte (6¹) der genannten Strahlen angeordnet int und welche mindestens eine Oeffnung (15) aufweist, zwecks den Durchgang des auf dem Objekt vom Lichtfleck ausgesandten konvergierenden Lichtbündel, wahrend die Blende (15, 14) die lichtempfindliche Vorrichtung wenigstens von einem Teil des Nebenlichtes schützt, zu ermöglichen.
2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (13, 14) mit einem Element (12) festverbunden ist, das die Spaltkante (20) trägt und mit dieser verschiebbar ist (25).
3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (22) auf einem verschiebbaren Träger sitzt, dessen Verschiebung von jener der Spaltkante (20) abhängig ist.
4. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schlitzförmige Oeffnung (15) breiter ist im Bereich dor Spaltkante (23 Fig.7).

,5· Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasn die Oeffnung (15) aus einem Schlitz zwischen zwei ihn abgrenzenden undurchsichtigen Flächen besteht und dass sie teilweise durch eine halbdurchsichtige Fläche von veränderlichen Dichte verschlossen ist, wobei

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der der Spaltkante (23) entgegengesetzt Teil eine Maximaldurchsichtigkeit aufweist.

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