DE2144927A1 - Device for detecting a light beam - Google Patents
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VORRICHTUNG ZUR DETEKTION EINES LICHTBUNDELSDEVICE FOR DETECTING A BUNCH OF LIGHT
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels, die sich insbesondere dann zur Verwendung eignet, wenn das Lichtbündel sich in einem Medium fortpflanzt, dessen Leuchtdichte sich im Laufe der Zeit ändert.The invention relates to a device for detecting a light beam, which in particular then suitable for use when the light beam is propagated in a medium, the luminance of which changes in the course of the Time changes.
Es sind Lichtdetektoren bekannt, beispielsweise Fotovervielfacher, die zur Herstellung von Vorrichtungen zur Ausrichtung und Führung eines Gegenstands im Verhältnis zu einem Bezugslichtbündel verwendet werden. Diese Detektoren, die zur Bestimmung der Stellung des Lichtbündels dienen, sprechen auf die jeweilige Leuchtdichte desLight detectors are known, for example photomultipliers, which are used in the manufacture of devices be used to align and guide an object in relation to a reference light beam. These Detectors, which are used to determine the position of the light beam, speak to the respective luminance of the
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Mediums an, in welchem sich das Lichtbündel fortpflanzt.Medium in which the light beam is propagated.
Im Falle der Ausrichtung eines Gegenstands im Freien empfängt beispielsweise der Detektor einen Fremdlichtstrom aufgrund der Leuchtdichte des Himmels, der sich in Abhängigkeit von der Tageszeit, den atmosphärischen Bedingungen und der Ausrichtung der lichtempfindlichen Fläche in bezug auf die Sonne ändert.In the case of an object being aligned outdoors, for example, the detector receives an extraneous light stream due to the luminance of the sky, which varies depending on the time of day, the atmospheric Conditions and the orientation of the photosensitive surface with respect to the sun changes.
Ein auf die lichtempfindliche Flache des Detektors fc fallender Fremdlichtstrom bewirkt daher eine Verstärkung des Ausgangssignals dee Detektors. Da diese Verstärkung sich im Laufe der Zeit ändert, ist es sehr schwierig, die Ansprechzeit des Detektors zu bestimmen, um die jeweilige Stellung des Detektors bzw. des Lichtbündels in messbarer Weise zu ermitteln.An external luminous flux falling on the light-sensitive surface of the detector fc therefore causes an amplification of the output signal of the detector. Since this gain changes over time, it is very difficult to to determine the response time of the detector in order to measure the respective position of the detector or the light beam Way to determine.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und die Herstellung einer Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels, die ohne Rücksicht auf den von ihr empfangenen Fremdlichtstrom verwendet werden kann.The aim of the invention is to eliminate these disadvantages and to produce a device for detection a bundle of light that can be used regardless of the external luminous flux it receives.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels, die zumindest mit einem lichtempfindlichen Detektor ausgerüstet ist, der mit dem Lichtbündel zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Einrichtung zum Ausgleich des Lichtstroms ausgerüstet ist, die eine Fotozelle aufweist, um die Änderungen des Fremdlichtstroms im Bereich des licht-The invention relates to a device for detecting a light beam, which at least with one light-sensitive detector is equipped, which interacts with the light beam, characterized in that it is equipped with a device for compensating the luminous flux, which has a photocell to reduce the Changes in the extraneous luminous flux in the area of the light
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empfindlichen Detektors zu ermitteln, sowie mit einer Folgesteuerungseinrichtung versehen ist, die den Ausgang der Fotozelle mit einer Verstärkungssteuerschaltung des Detektors verbindet.sensitive detector to determine, and is provided with a sequential control device that the output of the photocell connects to a gain control circuit of the detector.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben.The inventive device is on hand the drawing described for example.
Fig. 1 zeigt schematisch ein allgemeines Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels;Fig. 1 shows schematically a general circuit diagram of an embodiment of the invention Device for detecting a light beam;
Fig. 2 und 3 veranschaulichen zwei besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung!FIGS. 2 and 3 illustrate two particularly advantageous exemplary embodiments of the invention Contraption!
Fig. 4 veranschaulicht teilweise ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Detektionsvorrichtung entsprechend der Erfindung.Fig. 4 ve r anschaulicht partially a modified embodiment of a detecting device according to the invention.
In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels 1 veranschaulicht, das beispielsweise parallel verläuft und monochromatisch ist und aus einem Lasergenerator austritt.In Fig. 1, a device for detecting a light beam 1 is schematically illustrated, the for example, runs parallel and is monochromatic and emerges from a laser generator.
Das Lichtbündel 1 pflanzt sich in einem Medium fort, das von einer Fremdlichtquelle, beispielsweise der Sonne 2, beleuchtet wird. Die Detektionsvorrichtung umfasst einen lichtempfindlichen Detektor 3, dessen lichtempfindliche Fläche 4 mit dem Lichtbündel 1 zusammenwirkt,The light bundle 1 is propagated in a medium that is generated by an external light source, for example the Sun 2, is lit. The detection device comprises a light-sensitive detector 3, the light-sensitive Surface 4 interacts with the light beam 1,
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Bei dem Detektor 3 kann es sich um eine halbleitende Zelle, einen Fotovervielfacher oder dgl. handeln. Ein Farbfilter 5, beispielsweise ein Interferenzfilter, dessen Durchlassbereich im wesentlichen mit der Wellenlänge des Lichtbündels 1 zusammenfällt, kann vor der lichtempfindlichen Fläche 4 angeordnet werden. Die Ausgänge 6 und 7 des Detektors 3 können mit einem Anzeigegerät 8 verbunden werden. Der Detektor 3 ist mit einer Verstärkungssteuerschaltung 13 ausgerüstet. Diese Schaltung kann beispielsweise die Polarisationsschaltung des Detektors 3 oder aber eine Verstärkerschaltung der von dem Detektor ausgesandten Signale sein.The detector 3 can be a semiconducting cell, a photo multiplier or the like. Act. A color filter 5, for example an interference filter, its pass band substantially coincides with the wavelength of the light beam 1, can be in front of the photosensitive Area 4 can be arranged. The outputs 6 and 7 of the detector 3 can be connected to a display device 8 will. The detector 3 is equipped with a gain control circuit 13. This circuit can for example the polarization circuit of the detector 3 or an amplifier circuit of the sent out by the detector Be signals.
Die erfindungsgemässe Detektionsvorrichtung ist mit einer Vorrichtung zum Ausgleich des Lichtstroms ausgerüstet, die eine Fotozelle 9 aufweist, deren lichtempfindliche Fläche 10 vorzugsweise parallel zur lichtempfindlichen Fläche 4 und in deren Nähe angeordnet ist. Ein Farbfilter 16, vorzugsweise ähnlich dem Filter 5, kann vor der lichtempfindlichen Fläche 10 angeordnet werden. Die Ausgangsklemmen 11 und 12 der Fotozelle 9 sind mit dem Eingang einer Folgesteuerungsvorrichtung 15 verbunden, deren Ausgang 14 am Eingang der Verstärkungssteuerschaltung 13 liegt.The detection device according to the invention is provided with a device for compensating the luminous flux equipped, which has a photocell 9, the photosensitive surface 10 preferably parallel to the photosensitive Area 4 and is arranged in the vicinity. A color filter 16, preferably similar to filter 5, can be arranged in front of the photosensitive surface 10. The output terminals 11 and 12 of the photocell 9 are connected to the input of a sequence control device 15, the output 14 of which is connected to the input of the gain control circuit 13 lies.
Die erfindungsgemässe Detektionsvorrichtung arbeitet folgendermassen:The detection device according to the invention works as follows:
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Der Detektor 3 dient beispielsweise zur Bestimmung des Verlaufs der Achse des Lichtbündels 1 in bezug auf den Mittelpunkt der lichtempfindlichen Fläche 4.The detector 3 is used, for example, to determine the course of the axis of the light beam 1 with respect to the center of the photosensitive surface 4.
Wenn die Ränder des Detektors 3 das Lichtbündel 1 abdecken, zeigt die Vorrichtung 8 ein Signal an, das proportional der Belichtung ist, welche die Fläche 4 empfängt, und das von dem linearen Abstand abhängt, der zwischen dem Mittelpunkt der Fläche 4 und dem Schnittpunkt der Achse des Lichtbündels 1 mit der Fläche 4 liegt. Eine Bestimmung des Ansprechens des Detektors in Abhängigkeit vom Abstand ist daher möglich.When the edges of the detector 3 cover the light beam 1, the device 8 displays a signal that is proportional to the exposure which the surface 4 receives and which depends on the linear distance which lies between the center point of the surface 4 and the intersection of the axis of the light beam 1 with the surface 4. It is therefore possible to determine the response of the detector as a function of the distance.
Wenn der Detektor 3 jedoch einen im Laufe der Zeit veränderlichen Fremdlichtstrom von einer Nebenquelle 2, beispielsweise der Sonne empfängt, gilt die Bestimmung nicht mehr.However, if the detector 3 receives an extraneous light flux from a secondary source 2, which varies over time, receives the sun, for example, the determination applies no longer.
Die in der Nähe des Detektors 3 angeordnete Fotozelle 9 empfängt einen Fremdlichtstrom ähnlich demjenigen, den der Detektor 3 empfängt, und sendet ein sich im Laufe der Zeit in gleicher v/eise wie das von dem Detektor 3 ausgesandte Störsignal änderndes Signal aus. Die Folgesteuervorrichtung 15 gleicht in diesem Falle eine Zunahme des Lichtstroms aufgrund des Fremdlichts durch eine Verringerung der Verstärkung des' Detektors 3 derart aus, dass das von 8 angezeigte Signal auf den Pegel gebracht wird, den es bei Nichtvorhandensein von Fremdlicht gehabt hätte.The photocell 9 arranged in the vicinity of the detector 3 receives an extraneous light flux similar to that that the detector 3 receives, and sends a itself in the course of time in the same way as that of the Detector 3 emitted interference signal changing signal. The sequence control device 15 is the same in this case an increase in the luminous flux due to the extraneous light due to a reduction in the gain of the detector 3 such that the signal indicated by FIG. 8 is brought to the level that it would be in the absence of Would have had extraneous light.
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Ir: Fig. 2 ist ein einfaches Ausf uhr ungsbeispiel der Vorrichtung zum Ausgleich des Fremdlichtetroms veranschaulicht . Der Stromkreis 13 dient zur Polarisation des Detektors 3, beispielsweise eines Fotovervielfachers, dessen Eingang und Ausgang schematisch mit 23 bzw. 24 bezeichnet sind. Der Stromkreis 13 besteht beispielsweise aus dem Gleichspannungsger.err.tor 20 und einem Widerstand 21, und der Detektor 3 ist mit den Klemmen des ./ider- W stands 21 verbunden. Die Fotozelle 9 liegt in Reihen- und in Gegenschaltung zum Gleichspannungsgenerator 20. Ein von der Fotozelle 9 ausgesandtes, zunehmendes Spannungssignal verringert die an den Klemmen des *7iderstands 21 liegende Spannung und somit die Polarisation und die Empfindlichkeit des Detektors 3.Ir: FIG. 2 shows a simple exemplary embodiment of the device for compensating for the flow of extraneous light. The circuit 13 serves to polarize the detector 3, for example a photomultiplier, the input and output of which are indicated schematically with 23 and 24, respectively. The circuit 13 consists for example of the Gleichspannungsger.err.tor 20 and a resistor 21, and the detector 3 is connected to the terminals of the ./ider- W stands 21st The photocell 9 is connected in series and in opposition to the DC voltage generator 20. An increasing voltage signal sent by the photocell 9 reduces the voltage at the terminals of the resistor 21 and thus the polarization and the sensitivity of the detector 3.
Fig. 3 veranschaulicht ein weiteres einfaches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ausgleich des FremdlichtStroms, in dem beispielsweise der licht- L· empfindliche Detektor 30 und die Fotozelle 32 als fotoleitende Zellen ausgebildet sind. Der Detektor 30 liegt in Reihe mit der Folaricaeionsstromquelle 33 und einem V/iderstand 31. Die Fotozelle 32 ist in Parallelschaltung mit dem widerstand 31 verbunden. Infolge der Änderungen des Fremdlichts verhält sich die fotoleitende Zelle 32 wie ein veränderlicher .Jiderstand, wodurch eine Änderung der Polarisationsspannung des Detektors 30 und folglich eine Änderung der Empfindlichkeit des letzteren bewirkt wird.Fig. 3 illustrates another simple embodiment of a device to compensate for the ambient light current, sensitive in the example of the light-length detector 30 and the photocell are designed as photoconductive cells 32. The detector 30 is in series with the Folaricaeionsstromquelle 33 and a V / resistor 31. The photocell 32 is connected in parallel with the resistor 31. As a result of the changes in the external light, the photoconductive cell 32 behaves like a variable .Jiderstand, whereby a change in the polarization voltage of the detector 30 and consequently a change in the sensitivity of the latter is effected.
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Fig. 4 ist eine schematische Teilansicht eines lichtempfindlichen Detektors mit mehreren Zellen 40, 41, 4 2 und 43 zur Herstellung einer erfindungsgemässen Detekt-ionsvorrichtung, die zur Ermittlung des Auftreffens des Lichtbündels 1 verwendet wird.4 is a schematic partial view of a photosensitive detector with a plurality of cells 40, 41, 4 2 and 43 for the production of a detection device according to the invention, those used to determine the impact of the light beam 1 is used.
Bei dieser Anordnung ist mindestens eine derIn this arrangement, at least one is the
Zellen eine Fotozelle, die an die PolarisationsschaltungCells a photocell that is connected to the polarization circuit
der anderen Zellen, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, angeschlossen werden kann.of the other cells, as shown in Figs. 2 and 3, connected can be.
In diesem Beispiel ist die seitlich angeordnete Zelle 42 als Fotozelle ausgebildet.In this example, the laterally arranged cell 42 is designed as a photocell.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Detektionsvorrichtun ist es somit möglich, die Änderungen des Fremdlichts zu unterdrücken und gleichzeitig den Betriebspunkt des lichtempfindlichen Detektors im wesentlichen auf einem festen IVert zu halten. Dieses Ergebnis ist von sehr grossein Vorteil, wenn eine derartige Detektionsvorrichtung zur optischen Ausrichtung oder Lenkung von Fahrzeugen mit Hilfe von Lichtbündeln verwendet wird, die sich in einem Medium fortpflanzen, dessen Leuchtdichte veränderlich ist.With the aid of the detection device according to the invention, it is thus possible to detect the changes in the external light suppress and at the same time the operating point of the photosensitive detector essentially on one to keep a fixed IVert. This result is very positive great advantage if such a detection device for the optical alignment or steering of vehicles is used with the help of light bundles that are in propagate in a medium whose luminance is variable.
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