DE2540665A1 - Optical system for range finding sender:receiver - has infrared LED and focussing optical system preventing collision of vehicles - Google Patents
Optical system for range finding sender:receiver - has infrared LED and focussing optical system preventing collision of vehiclesInfo
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Abstract
Description
Anlage zur Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung Sende-Empfangs-Optik zur Entfernungsmessung, insbesondere bei Auffahrschutzgeräten Die Erfindung betrifft eine Sende-Empfangs-Optik zur Entfernungsmessung, insbesondere bei Auffahrschutzgeräten, mit einem eine Infrarot-Lumineszenzdiode als Lichtquelle sowie eine optische Bündelungavorrichtung aufweisenden Sender zum Aussenden eines gebündelten, helligkeitsmodulierten Infrarot-Lichtstrahls, mit einem am Ort des Senders koaxial zu dem ausgesandten Lichtstrahl angeordneten, eine Photodiode aufweisenden Empfänger zum Empfangen eines von einem in einer zu messenden Entfernung vom Sender befindlichen Reflektors reflektierten Anteils des ausgesandten Lichtstrahls und mit dem Empfänger nachgeschalteten, auf die Phasenlage des reflektierten Anteils ansprechenden Auswerteeinrichtungen, zur Erzeugung eines der gemessenen Entfernung zum Reflektor zugeordneten Signals.Annex to the patent and utility model auxiliary application for send-receive optics for distance measurement, in particular in the case of collision protection devices. The invention relates to a transmitter / receiver lens for distance measurement, especially for collision protection devices, with an infrared luminescent diode as a light source and an optical bundling device having transmitter for emitting a bundled, brightness-modulated infrared light beam, with a coaxially arranged at the location of the transmitter to the emitted light beam, one Receiver having photodiode for receiving one of one to be measured in one Distance from the transmitter located reflector reflected part of the emitted Light beam and downstream with the receiver, on the phase position of the reflected Share of responsive evaluation devices to generate one of the measured Distance to the reflector assigned signal.
Mit Infrarot-Licht arbeitende Geräte zur Entfernungsmessung der vorstehenden Art sind bekannt. Die bekannten Geräte besitzen als optische Bündelungsvorrichtung ein Lisensystem, durch welches die von der Lumineszenzdiode ausgehende Strahlung sehr scharf gebündelt wird. In das Linsensystem des Senders ist koaxial ein Linsensystem für den Empfänger eingebaut. Diese konstruktive Ausgestaltung von Sender und Empfänger führt dazu, daß die bekannten Geräte relativ teuer sind, da die Kombination der Linsensysteme von Sender und Empfänger fertigungstechnisch einen erheblichen Aufwand erfordern. Außerdem führt die bekannte Konstruktion dazu, daß ein erheblicher Teil des von der Lumineszenzdiode abgestrahlten Infrarot-Lichts bereits im Sender verlorengeht, was einerseits auf Reflexionsverluste zurückzuführen ist, diesen den Grenzflächen des im allgemeinen mindestens zwei Linsen umfassenden Lisensystems des Senders auftreten, andererseits auf eine Abschattung des zentralen Bereichs des Linsensystems des Senders durch den koaxial dazu angeordneten Empfänger und vor allem durch das bei Linsen von Natur aus begrenzte Offnungsverhältnis, welches nur einen sehr begrenzten Strahlungsfluß insbesondere bei Halbkugelstrahlern einzufangen gestattet. Schließlich lassen sich bei den bekannten Geräten aufgrund der optisch-geometrischen Gegebenheiten nur relativ kleine Öffnungswinkel für den abgestrahlten Infrarot-Lichtstrahl erreichen. Dies ist darauf zurAckzuführen, daß sich bei Linsensystemen nur ein relativ kleines Öffnungsverhältnis verwirklichen läßt.Devices using infrared light to measure the distance of the above Kind are known. The known devices have an optical bundling device a Lisystem, through which the radiation emanating from the light emitting diode is focused very sharply. A lens system is coaxial in the lens system of the transmitter built-in for the receiver. This structural design of the transmitter and receiver leads to the fact that the known devices are relatively expensive because the combination of Lens systems of the transmitter and receiver require a considerable amount of effort in terms of production require. In addition, the known construction leads to a significant part the infrared light emitted by the luminescent diode is already lost in the transmitter, which is due on the one hand to reflection losses, these the interfaces of the transmitter's list system, which generally includes at least two lenses, on the other hand on a shadowing of the central area of the lens system of the transmitter by the coaxially arranged receiver and especially by the lens Naturally limited aperture ratio, which gives only a very limited radiation flux especially allowed to be captured with hemispherical emitters. Finally let yourself in the known devices only relatively due to the optical-geometric conditions achieve small opening angles for the emitted infrared light beam. this is due to the fact that lens systems only have one relative can realize a small aperture ratio.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Sende-Empfangs-Optik zur Entfernungsmessung vorzuschlagen, bei welchem die Lichtverluste im Sender wesentlich verringert sind und bei welchem der öffnungswinkel des ausgesandten Infrarot-Lichtstrahls sowie der Strahlungsstärkeverlauf in dem von dem Lichtstrahl erfaßten Suchber reich auf einfache Weise in relativ weiten Grenzen veränderbar sind, ohne daß störende Phasenmeßfelder unter größeren Beobachtungswinkeln auftreten.The invention is now based on the object of an improved transmission / reception optics to propose distance measurement at which the light losses in the transmitter are significant are reduced and at which the opening angle of the emitted infrared light beam and the course of the radiation intensity in the search area covered by the light beam can be changed in a simple manner within relatively wide limits without disturbing Phase measuring fields occur at larger observation angles.
Diese Aufgabe ist durch eine Optik der eingangs beschriebenen Art gelöst, welchedadurch gekennzeichnet. ist, daß als Bündelungsvorrichtung ein Parabolspiegel vorgesehen ist, an dessen Brennpunkt sich die Infrarot-Lumineszenzdiode befindet und der konzentrisch zu dem Empfänger angeordnet ist.This task is achieved by optics of the type described above solved, which is characterized. is that a parabolic mirror is used as a focussing device is provided, at the focal point of which the infrared light emitting diode is located and which is concentric with the receiver.
Bei einer Optik gemäß der Erfindung ergeben sich u.a. folgende wesentliche Vorteile: Die Ausnutzung des Lichtstroms der Strahlungsquelle d.h. der Lumineszenzdiode ist bei Verwendung eines Parabolspiegels als Bündelungsvorrichtung wesentlich größer als bei Verwen--dung eines Linsensystems (größerer Wirkungsgrad).In the case of optics according to the invention, the following essentials arise, among others Advantages: The use of the luminous flux of the radiation source, i.e. the luminescent diode is much larger when using a parabolic mirror as a focusing device than when using a lens system (greater efficiency).
Die einmalige Reflexion des zu bündelnden Lichtes an der Reflexionsfläche des Parabolspiegels führt zu geringeren Verlusten als die mehrfache Reflexion des Lichts an mehreren Grenzflächen des Linsensystems der bekannten Geräte.The unique reflection of the light to be bundled on the reflection surface of the parabolic mirror leads to lower losses than the multiple reflection of the Light at several interfaces of the lens system of the known devices.
Wegen des bei Verwendung eines Parabolspiegels möglichen großen öffnungsverhältnisses läßt sich ein Infrarot-Lichtstrahl erzeugen, der einen größeren öffnungswinkel (z.B.Because of the large aperture ratio possible when using a parabolic mirror an infrared light beam can be generated which has a larger opening angle (e.g.
Halbwertbreite) als bei den bekannten Geräten aufweist und damit ein größeres Suchgebiet (Gesichtsfeld) zu erfawsw W 9 sen vermag, so daß die erfindungsgemäße Optik für Auffahschutzgeräte einsetzbar ist und so daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Optik im Vermessungswesen die Ausrichtung auf den Reflektor wesentlich einfacher und schneller erfolgen kann.Half-value width) than in the known devices and so that a larger search area (field of view) is able to detect W 9 sen, so that the Optics according to the invention can be used for collision protection devices and so that when used the optical system according to the invention in surveying the alignment on the reflector can be done much easier and faster.
Es besteht die Möglichkeit, durch geeignete Dimensionierung von Randbereichen der Lumineszenzdide abgestrahltes Infrarot-Licht mit gegenüber dem Infrarot-Licht von den übrigen Bereichen der strahlenden Fläche der umineszenzdiode abweichender Phasenlage teilweise auszublenden.There is the possibility of appropriately dimensioning the edge areas the luminescence dide emitted infrared light with opposite to the infrared light different from the other areas of the radiating surface of the uminescent diode Partial fade out of the phase position.
Im Gegensatz zu Infrarotgeräten mit Lasern besteht bei einer Optik gemäß der Erfindung keine Gefahr für eine Schädigung der-Augen, selbst wenn man unmittelbar auf der optischen Achse aus beliebiger Nähe hineinschaut.In contrast to infrared devices with lasers, there is an optical system according to the invention no risk of damage to the eyes, even if one looks into it directly on the optical axis from any close range.
Anders als bei Linsensystemen, bei denen gegebenenfalls teure Korrekturmaßnahmen erforderlich sind, ergibt sich bei Verwendung eines Parabolspiegels als Bündelungsvorrichtung kein Abbildungsfehler In Weiterbildung der Erfindung ist es günstig, wenn die Infrarot-Lumineszenzdiode so angeordnet ist, daß ihre strahlende Fläche der Abstrahlöffnung des Parabolspiegels zugewandt ist. Durch diese Anordnung läßt sich nämlich eine höhere Lichtausbeute erreichen, als bei dem Scheitel des Parabolspiegels zugewandter strahlender Fläche der Lumineszenzdiode, weil eine Abschattung des von der Scheitelzone des Parabolspiegels reflektierten Lichtes durch den mit ihr verbundenen Trag- und Kühlkörpers vermieden wird.In contrast to lens systems, which may require expensive corrective measures are required, results when using a parabolic mirror as a focusing device no imaging error In a further development of the invention, it is advantageous if the infrared light-emitting diode is arranged so that its radiating surface of the radiation opening of the parabolic mirror is facing. This arrangement allows a higher light yield than at the apex of the parabolic mirror facing the radiating surface the light emitting diode, because a shadowing of the vertex of the parabolic mirror reflected light avoided by the support and cooling body connected to it will.
Ferner ist es günstig, wenn die Reflexionsfläche des Parabolspiegels sich ausgehend von dessen Abstrahlöffnung bis etwa zu dessen Brennebene erstreckt, d.h. wenn anstelle des Scheitelteils des Parabolspiegels, ähnlich wie bei einem Scheinwerfer, einfach eine öffnung vorgesehen ist, in welcher die Lumineszenzdiode mit ihrem Sockel (Kühlkörper bzw.It is also advantageous if the reflective surface of the parabolic mirror extends from its emission opening to approximately its focal plane, i.e. if instead of the apex part of the parabolic mirror, similar to a Headlights, simply an opening is provided in which the Luminescent diode with its base (heat sink or
Wärmesenke) und ihren Zuleitungen untergebracht werden kann. Heat sink) and their leads can be accommodated.
Der Durchmesser eines solchen an seinem hinteren, der Abstrahlöffnung abgewandten Ende, offenen Parabolspiegels ist ferner mitbestimmend für den Strahlungsstärkeverlauf über den Suchbereich, sowie für das Maß der Unterdrückung phasenverschobener Lichtanteile von den Randbereichen der Lumineszenzdiode. The diameter of such at its rear, the radiation opening remote end, open parabolic mirror is also a determining factor for the course of the radiation intensity over the search area, as well as for the degree of suppression of phase-shifted light components from the edge areas of the light emitting diode.
Die Lumineszenzdiode ist vorzugsweise als Halbkugelstrahler ausgebildet, dessen Basis in der Brennebene des Parabolspiegels liegt. Diese Ausgestaltung und Anordnung führt nämlich zu einer optimalen Lichtausbeute und Strahlungsstärkeverteilung. The luminescent diode is preferably designed as a hemispherical radiator, whose base lies in the focal plane of the parabolic mirror. This design and This is because the arrangement leads to an optimal light yield and radiation intensity distribution.
Es ist auch günstig, wenn der Empfänger in dem Parabolspiegel derart angeordnet ist, daß seine Eintrittsöffnung über die Ebene Ebene.der Abstrahlöffnung des Parabolspiegels vorsteht, da auf diese Weise ein übersprechen (direkte Einstrahlung des Senderlichtes in den Empfänger) völlig vermieden wird. It is also advantageous if the receiver in the parabolic mirror is in this way is arranged that its inlet opening on the plane Ebene.der radiation opening of the parabolic mirror protrudes, as in this way crosstalk (direct irradiation of the transmitter light into the receiver) is completely avoided.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Empfänger eine Blende zur Sichtfeldbegrenzung aufweist und wenn zwischen der Blende und der Photodiode ein Zwischenobjektiv vorgesehen ist, dessen optjektseitige Hauptebene von der Ebene der Blendenöffnung und dessen bildseitige Hauptebene von der Ebene der lichtempfindlichen Schicht der Photodiode jeweils einen Abstand aufweist, der gleich der doppelten Brennweite des Zwischenobjektivs ist. Hierdurch kann die Öffnung der Gesichtsfeldblende so auf das Innere der lichtempfindlichen Zone der Photodiode abgebildet werden, daß Randbereicheder lichtempfindlichen Schicht sowie angrenzende Bereiche der Photodiode, die einen phasenverschobenen Beitrag zum Empfangssignal liefern, ausgeblendet werden können. Weil Blende und Photodiode sich jeweils im Abstand der doppelten Brennweite vom Zwischenobjektes befinden, wird die kürzestmögliche Baulänge der Empfängeroptik ermöglicht. It is also advantageous if the receiver has a screen to limit the field of view and if an intermediate lens is provided between the diaphragm and the photodiode is, whose main plane on the subject side of the plane of the aperture and its Image-side main plane from the plane of the light-sensitive layer of the photodiode each has a distance that is equal to twice the focal length of the intermediate lens is. This allows the opening of the field diaphragm to reach the inside of the light-sensitive Zone of the photodiode are imaged that edge areas of the photosensitive layer as well as adjacent areas of the photodiode that make a phase-shifted contribution to deliver the received signal, can be masked out. Because aperture and photodiode themselves each at a distance of twice the focal length from the intermediate object the shortest possible length of the receiver optics is made possible.
Dabei ist es ferner günstig, wenn vor der Blende eine vorzugsweise hinsichtlich ihres öffnungsfehlers korrigierte Sammellinse vorgesehen ist, deren Brennebene in der Blendenöffnung liegt, so daß das Gesichtsfeld scharf begrenzt wird. Es ist ferner vorteilhaft, wenn in den Strahlengang des Empfängers ein Filter eingefügt ist, das zumindest im wesentlichen nur für das Infrarot-Licht der verwendeten Lumineszenzdiode durchlässig ist, wobei insbesondere mehrschichtige Interferenzfilter aus Galriumarsenid bevorzugt werden. Durch derartige Filter läßt sich der Dunkelstrom der Photodiode, insbesondere bei hellem Tageslicht erheblich reduzieren, wodurch die Gefahr einer Übersteuerung eines der Photodiode nachgeschalteten Verstärkers ausgeschlossen und das Nutz-Rauchsignalverhältnis verbessert wird.It is also advantageous if there is one in front of the diaphragm with respect to their aperture error corrected converging lens is provided, whose Focal plane lies in the aperture, so that the field of view is sharply delimited will. It is also advantageous if a filter is placed in the beam path of the receiver is inserted, which is at least essentially only used for the infrared light Light emitting diode is permeable, in particular multilayer interference filters made of gallium arsenide are preferred. The dark current can be passed through such filters of the photodiode, especially in broad daylight, significantly reducing the risk of overdriving an amplifier connected downstream of the photodiode excluded and the useful smoke signal ratio is improved.
Als günstig hat es sich ferner erwiesen, wenn die Photodiode mittels einer Justiervorrichtung zentrierbar und axial ver--schiebbar ist, wobei zur Zentrierung vorzugsweise eine Exzenteranordnung Verwendung findet.It has also proven to be beneficial if the photodiode by means of an adjusting device can be centered and axially displaced, whereby for centering an eccentric arrangement is preferably used.
Als Reflektor für Geräte gemäß der Erfindung haben sich besonders Tripelreflektoren bewährt, wobei gegebenenfalls mehrere derartige Tripelrefelektoren zu einer Reflektoreinheit zusammengefaßt sein können, um die Stärke des reflektierten Signals nach Bedarf zu erhöhen.As a reflector for devices according to the invention have particularly Triple reflectors proven, with possibly several such triple reflectors Can be combined to form a reflector unit to reduce the strength of the reflected Increase signal as needed.
Die Optik gemäß der Erfindung läßt sich relativ einfach und billig herstellen und besitzt vergleichsweise geringe Abmessungen, so daß sie beispielsweise für ein tragbares Meßgerät zur Entfernungsmessung auf größeren Baustellen geeignet ist.The optics according to the invention can be relatively simple and cheap produce and has comparatively small dimensions, so that they, for example Suitable for a portable measuring device for measuring distances on larger construction sites is.
Besonders geeignet erscheint das Gerät gemäß der Erfindung ferner als Auffahrschutzgerät für Kraftfahrzeuge und für schienengebundene Fahrzeuge, beispielsweise für Grubenbahnen.The device according to the invention also appears to be particularly suitable as a collision protection device for motor vehicles and for rail-bound vehicles, for example for mine railways.
Bisher werden als Auffahrschutzgeräte, d.h. als Enifernungsmeßgeräte mit Warneinrichtungen zum Vermeiden von Auffahrunfällen, vornehmlich vollständig autonome Systeme untersucht, die mit Ultraschall oder Radar arbeiten, wobei sich die Ultraschallsysteme als praktisch unbrauchbar erwiesen haben, da u.a. die zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge ausgesandten Schallwellen zu langsam und außerdem sehr windempfindlich sind.So far, as collision protection devices, i.e. as distance measuring devices with warning devices to avoid rear-end collisions, mostly complete investigated autonomous systems that work with ultrasound or radar, with themselves the ultrasound systems have proven to be practically unusable, as, among other things, the Location of vehicles ahead, emitted sound waves too slowly and also are very sensitive to wind.
Bei den Radarsystemen ergeben sich dagegen zahlreiche Störechos von irrelevanten Objekten, was die Gefahr häufiger Fehlwarnungen mit sich bringt. Außerdem bringen die in Zukunft in Frage kommenden hohen Betriebsfrequenzen von Radarsystemen technische Probleme und teilweise noch ungelöste Störanfälligkeiten mit sich. Gleichzeitig ergeben sich Probleme mit den relativ großen Antennen bei der derzeit üblichen Arbeitsfrequenz von etwa 10 GHz. Die grundsätzlichen Vorteile eines Infrarot-Auffahrschutzsystems liegen demgegenüber darin, daß der technische Aufwand und damit der Preis wesentlich geringer sind und daß man mit sehr geringen Abmessungen auskommt; der Durchmesser des Parabolspiegels bei der erfindungsgemäßen Optik kann beispielsweise in der Größenanordnung von etwa 4,5 cm liegen, so daß die Abmessungen der Optik weit unter den Abmessungen eines üblichen Scheinwerfers bleiben. Durch Verzicht auf ein vollständig autonomes System, d.h. durch Anbringen eines nur etwa 5 cm großen Tripelspiegels an der Rückseite der Fahrzeuge läßt sich ferner erreichen, daß sich die zu erfassenden Objekte einwandfrei von den übrigen Objekten wie Leitplanken, Bäume, Staßenschilder und dergleichen, abheben, wodurch die Auswertung der empfangenen Signale einfacher wird als bei einem Radarsystem.With the radar systems, on the other hand, there are numerous false echoes of irrelevant objects, which brings with it the risk of frequent false warnings. aside from that bring the high operating frequencies of radar systems that will come into question in the future technical problems and, in some cases, still unsolved susceptibility to failure. Simultaneously problems arise with the relatively large antennas at the current operating frequency of about 10 GHz. The basic advantages of an infrared collision protection system on the other hand lie in the fact that the technical effort and thus the price are essential are smaller and that you can get by with very small dimensions; the diameter of the parabolic mirror in the optics according to the invention can, for example, be in the size arrangement of about 4.5 cm, so that the dimensions of the optics are well below the dimensions of a conventional headlight. By doing without a completely autonomous System, i.e. by attaching a triple mirror only about 5 cm in size to the rear of the vehicles, it can also be achieved that the objects to be detected are flawlessly from the other objects such as guard rails, trees, street signs and the like, take off, which makes the evaluation of the received signals easier than with a Radar system.
Weitere Einzelheiten und Vorteile einer Optik zur Entfernungsmessung gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von Zeichnungen und/oder aus den Schutzansprüchen. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Optik, Fig. 2 einen vergrößerten Längs schnitt durch den Empfänger der Optik gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung des Strahlenganges in dem Empfänger gemäß Fig. 2 und Fig. 4 eine schematische Darstellung des Strahlenganges zwischen einem Tripelreflektor und der Optik.Further details and advantages of optics for distance measurement according to the invention emerge from the following description with reference to drawings and / or from the protection claims. Show it: Fig. 1 is a schematic Longitudinal section through a preferred embodiment of the optics, FIG. 2 an enlarged one Longitudinal section through the receiver of the optics according to FIG. 1, FIG. 3 is a schematic Representation of the beam path in the receiver according to FIG. 2 and FIG. 4 is a schematic Representation of the beam path between a triple reflector and the optics.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät besitzt der Sender ein rohrförmiges Gehäuse 1, das an seinem einen, in der Zeichnung rechten Ende einen Boden besitzt, während sein anderes Ende durch eine Scheibe 2 aus durchsichtigem Material, insbesondere eine Plexiglasscheibe, verschlossen ist. Im Innern des Gehäuses 1 und in der Nähe des Bodens desselben ist ein Parabolspiegel 3 angeordnet, der vorzugsweise als einstückiges Kunststoffteil mit einer metallisierten Reflexionsfläche 4 ausgebildet ist. Der Parabolspiegel läßt sich als Gußstück mit aufgedampfter metallischer Reflexionsfläche 4 (Gold oder Aluminium) besonders preiswert herstellen. Mit einer Fixierschraube 6 wird der Spiegel in seiner richtig zur Lumineszenzdiode 5 justierten Lage festgehalten.In the device shown in Fig. 1, the transmitter has a tubular shape Housing 1, which has a bottom at its one end on the right in the drawing, while its other end through a disc 2 of transparent material, in particular a plexiglass pane, is closed. Inside the case 1 and in the vicinity the bottom of the same a parabolic mirror 3 is arranged, which is preferably as a one-piece Plastic part is formed with a metallized reflective surface 4. Of the Parabolic mirrors can be cast as a cast piece with a vapor-deposited metallic reflective surface 4 (gold or aluminum) to be produced particularly inexpensively. With a fixing screw 6 the mirror is held in its position correctly adjusted to the luminescent diode 5.
Wie Fig. 1 zeigt, ist der Parabolspiegel 3 an seinem dem Boden des Gehäuses 1 zugewandten hinteren oder scheitelseitigen Ende offen, derart, daß die Reflexionsfläche-4 in einen Abstand A von der Brennebene B des Parabolspiegels 3 endet, der rotationssymmetrisch zur Längsachse L der Sende-Empfangs-Einheit gemäß Fig. 1 angeordnet ist.As Fig. 1 shows, the parabolic mirror 3 is at its the bottom of the Housing 1 facing rear or apex end open, such that the Reflection surface -4 at a distance A from the focal plane B of the parabolic mirror 3 ends, which is rotationally symmetrical to the longitudinal axis L of the transceiver unit according to FIG Fig. 1 is arranged.
In der Mitte des Bodens des Gehäuses 1 ist einer Infrarot-Lumineszenzdide 5 derart befestigt, daß ihre strahlende Fläche in der Brennebene B des Parabolspiegels 3 liegt. Die Lumineszenzdiode 5 ist dabei, wie Fig. 1 zeigt, vorzugsweise als Halbkugelstrahler ausgebildet. Der Boden des Gehäuses 1 wirkt gleichzeitig als Kühlfläche (Wärmesenke) für die Lumineszenzdiode 5.In the middle of the bottom of the housing 1 is an infrared luminescent dide 5 attached so that their radiating surface in the focal plane B of the parabolic mirror 3 lies. The luminescent diode 5 is, as FIG. 1 shows, preferably as Hemispherical radiator formed. The bottom of the housing 1 also acts as a cooling surface (Heat sink) for the light emitting diode 5.
Der Empfänger 7 der Sende-Empfangs-Einheit gemäß Fig. 1 ist in dieser Figur nur in seinen Umrissen skizziert. Man erkennt, daß der Empfänger 7 koaxial zu dem Parabolspiegel angeordnet ist und mit seinem hinteren Ende in diesen hineinragt. Der Empfänger 7 ist in einer Mittelöffnung 8t der Scheibe 2 gehaltert und steht mit seinem vorderen, in der Zeichnung linken Ende, welches im Betrieb in Richtung auf den anzumessenden Reflektor zeigt, über die Ebene C der Abstrahlöffnung des Parabolspiegels 3 vor. Auf diese Weise wird ein übersprechen aufgrund von unmittelbar vom Sender zum Empfänger gelangenden Infrarotlichtanteilen wirksam unterbunden. Die elektrischen Anschlüsse 21 der Photodiode werden seitwärts durch das Gehäuse 1 nach außen zu einem Verstärker (nicht dargestellt) geführt. The receiver 7 of the transceiver unit according to FIG. 1 is in this Figure only sketched in its outlines. It can be seen that the receiver 7 is coaxial is arranged to the parabolic mirror and protrudes with its rear end into this. The receiver 7 is held in a central opening 8t of the disk 2 and stands with its front, left end in the drawing, which in operation in the direction points to the reflector to be measured, over plane C of the emission opening of the Parabolic mirror 3 in front. In this way, a crosstalk becomes due to immediate Infrared light components from the transmitter to the receiver are effectively prevented. The electrical connections 21 of the photodiode are laterally through the housing 1 to the outside to an amplifier (not shown).
Es läßt sich leicht zeigen, daß beim Arbeiten mit einer Lumineszenzdiode 5-in Form eines Halbkugelstrahlers mit dem Sender gemäß Fig. eine wesentlich bessere Lichtausbeute erzielt wird, als bei Verwendung eines Linsensystems zur Strahlenbündelung. Mit einem Linsensystem kann nämlich das von der Lumineszenzdiode 5 ausgehende Licht nur in einem zentralen kegelförmigen Bereich ausgenutz werden, dessen ö.ffnungswinkel durch die Tatsache begrenzt ist, daß das Öffnungsverhältnis bei einem Linsensystem maxiaml gleich 1 : 1 sein kann. It can easily be shown that when working with a light emitting diode 5-in the form of a hemispherical radiator with the transmitter according to FIG. A much better one Luminous efficiency is achieved than when using a lens system for bundling rays. The light emanating from the luminescent diode 5 can namely with a lens system can only be used in a central conical area, the opening angle of which is limited by the fact that the aperture ratio in a lens system maxiaml can be equal to 1: 1.
In diesem Bereich erfolgt aber zusätzlich noch eine Abschattung durch den auch bei einem Linsensystem konzentrisch anzuordnenden Empfänger. Im Gegensatz dazu werden mit dem Parabolspiegel 3 infolge seines wesentlich größeren Öffnungsverhältnisses auch erhebliche Anteile des von der Lumineszenzdiode 5 unter dem Öffnungswinkel 4 seitlich abgestrahlten Lichts ausgewertet. Dabei wird durch den Abstand A des hinteren Endes des Parabolspiegels 3 von der Brennebene B die Möglichkeit eröffnet, phasenverschobene Strahlung komponenten aus den Randbereichen bzw. aus dem Offnungswinkel 4 der Lumineszenzdiode 5 zu teilweise auszublenden. In this area, however, there is also a shadowing effect the receiver, which can also be arranged concentrically in a lens system. In contrast this is done with the parabolic mirror 3 due to its much larger aperture ratio also considerable proportions of the light emitted by the light emitting diode 5 under the opening angle 4 evaluated light emitted from the side. The distance A des the rear end of the parabolic mirror 3 from the focal plane B opens up the possibility of out-of-phase radiation components from the edge areas or to be partially hidden from the aperture angle 4 of the luminescent diode 5.
Eine bevorzugte Ausführungsform für den Empfänger 7 der Optik gemäß Fig. 1 soll nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert werden. Diese Figur zeigt einen Längsschnitt durch den Empfänger 7, der sich in einem in seiner Länge verstellbaren Tubus 8 befindet. An dem vorderen Ende des Empfängers 7, welches über die Vorderseite der Scheibe 2 vorsteht, ist im Inneren des Tubus 8 zunächst einmal ein Empfängerobjektiv 9 vorgesehen. Hinter dem Empfängerobjektiv 9 liegt im Strahlenweg ein Filter 10, welches vorzugsweise als mehrschichtiges Interferenzfilter aus Galliumarsenid ausgebildet ist. Das Filter 10 ist praktisch nur für das Infrarot-Licht der Lumineszenzdiode durchlässig und unterdrückt die Umfeldstrahlung im Bereich des übrigen Spektrums, in welchem die Photodiode ebenfalls empfindlich ist, was besonders bei hellem Tageslicht von Bedeutung ist. Eine hohe Umfeldstrahlung führt nämlich zu einem hohen Dunkelstrom in einer Photodiode 11, die sich am hinteren, in dep Zeichnung rechten Ende des 'Empfängers 7 befindet und die üblicherweise mit einem Verstärker verbunden ist, der durch einen zu hohen Dunkelstrom übersteuert werden Könnte. Je geringer der Dunkelstrom ist, umso günstiger ist auch das Signal-Rausch-VerhEltnis. In Strahlungsrichtung hinter dem Filter 10 liegt eine Blende 12 zur Gesichtsfeldbegrenzung, deren Blendenöffnung 13 auf die Größe des brauchbaren Bereichs der lichtempfindlichen Fläche 14 der Photodiode 11 abgestimmt ist. Da die lichtempfindliche Fläche 14 der Photodiode 11 üblicherweise durch eine transparente Abdeckung 15 geschützt ist, die einen festen Bestandteil des Bauelements bildet, ist es nicht möglich, die lichtempfindliche Fläche 14 unmittelbar in der Ebene der Blendenöffnung 13 anzuordnen. Aus diesem Grund ist zwischen der Blende 12 und der Photodiode 11 ein Zwischenobjektiv 16 vorgesehen, dessen objektseitige Hauptebene H von der Ebene der Blendenöffnung 13 und dessen bildseitige Hauptebene H'von der lichtempfindlichen Fläche 14 jeweils einen Abstand besitzen, der gleich der doppelten Brennweite ist. Mit diesem ZwischenbildVerfahren im Abbildungsmaßstab 1:1 gelingt es, einmal den von der reflektierten Strahlung getroffenen Bereich der lichtempfindlichen Fläche 14 der Photodiode 11 sehr präzise zu begrenzen und zu verhindern, daß Licht auf Randbereiche der Fläche 14 auftrifft und dort gegenüber den Photostrdmen vom Zentralbereich in ihrer Phasenlage wahlweise erheblich verschobene Photoströme auslöst, die das Meßergebnis verfälschen würden, und daß zum andern eine minimale Baulänge der Empfängeroptik erzielt wird. Das Empfängerobjektiv 9, die Blende 12 und das Zwischenobjektiv 13 sind vorzugsweise in Längsrichtung des Tubus 8 justierbar, beispielsweise über die zu diesem Zweck in der Optik üblichen Schraubgewinde. Auch die Photodiode 11 ist vorzugsweise in axialer Richtung verstellbar und außerdem in radialer Richtung, so daß eine genaue Ausrichtung der lichtempfindlichen Fläche 14 gegenüber der Blendenöffnung 13 und dem Zwischenobjektiv 16 erfolgen kann.A preferred embodiment for the receiver 7 according to the optics FIG. 1 is to be explained in more detail below with reference to FIG. 2. This figure shows a longitudinal section through the receiver 7, which is adjustable in length Tube 8 is located. At the front end of the receiver 7, which over the front the disc 2 protrudes, a receiver lens is first of all in the interior of the tube 8 9 provided. Behind the receiver lens 9 there is a filter 10 in the beam path, which is preferably designed as a multilayer interference filter made of gallium arsenide is. The filter 10 is practically only for the infrared light of the light emitting diode permeable and suppresses the ambient radiation in the range of the rest of the spectrum, in which the photodiode is also sensitive, especially in bright daylight matters. A high level of ambient radiation leads to a high dark current in a photodiode 11, which is at the rear, in dep drawing right end of the 'Receiver 7 is located and which is usually connected to an amplifier, which could be overdriven by too high a dark current. The lower the Dark current is, the more favorable the signal-to-noise ratio is. In the direction of radiation Behind the filter 10 there is a diaphragm 12 for delimiting the field of view, its diaphragm opening 13 to the size of the usable area of the photosensitive surface 14 of the photodiode 11 is coordinated. Since the photosensitive surface 14 of the photodiode 11 usually is protected by a transparent cover 15, which is an integral part of the component forms, it is not possible to the photosensitive surface 14 directly to be arranged in the plane of the aperture 13. For this reason, between the Aperture 12 and the photodiode 11 an intermediate lens 16 is provided, the object-side Main plane H from the plane of the aperture 13 and its image side Main level H 'from the photosensitive surface 14 each have a distance which is the same is twice the focal length. With this intermediate image process in the image scale 1: 1 it is possible to reach the area hit by the reflected radiation light-sensitive surface 14 of the photodiode 11 very precisely to limit and to prevent light from striking the edge areas of the surface 14 and there opposite the photo currents from the central area optionally shifted considerably in their phase position Triggers photocurrents that would falsify the measurement result, and that on the other hand a minimal overall length of the receiver optics is achieved. The receiver lens 9, the aperture 12 and the intermediate lens 13 are preferably in the longitudinal direction of the Tube 8 can be adjusted, for example via the conventional optics for this purpose Screw thread. The photodiode 11 is also preferably adjustable in the axial direction and also in the radial direction, so that a precise alignment of the photosensitive Surface 14 opposite the aperture 13 and the intermediate lens 16 can be made.
Die axiale Einstellung wird dabei dadurch erleichtert, daß die Blendenöffnung 13 bei der betrachteten Anordnung des Zwischenobjektivs 16 im Maßstab 1:1 auf der lichtempfindlichen Fläche 14 ab-gebildet wird.The axial adjustment is facilitated by the fact that the aperture 13 with the considered arrangement of the intermediate lens 16 on a scale of 1: 1 on the photosensitive surface 14 is ab-formed.
Wie Fig. 2 zeigt, sitzt die Photodiode 11 in einer Fassung deren Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Tubus 8. Zwischen dem Tubus 8 und der Fassung 17 eine befindet sich/einseitig eingespannte Stahlfeder 18. Ferner sind zwei längs zueinander senkrechter Radiallinien verstellbare Stellschrauben 19 vorgesehen, von denen in Fig. 2 nur eine sichtbar ist. Durch die Stellschraube 19 wird die radiale Lage der Fassung 17 und damit der Photodiode entgegen der Kraft der Stahlfeder 18 eingestellt. Das hintere Ende des Tubus 8 ist durch einen Schraubenverschluß 20 verschlossen, welcher Zugang zu den Lötstellen S zwischen Photodiode 11 und Zuleitung 21 gestattet.As FIG. 2 shows, the photodiode 11 is seated in a holder, the outside diameter of which is is less than the inner diameter of the tube 8. Between the tube 8 and the Version 17 is a steel spring 18 clamped on one side two set screws 19 adjustable along perpendicular radial lines are provided, only one of which is visible in FIG. The adjusting screw 19 is the radial Position of the socket 17 and thus the photodiode against the force of the steel spring 18 set. The rear end of the tube 8 is closed by a screw lock 20 closed, which access to the soldering points S between photodiode 11 and supply line 21 permitted.
In Fig. 3 der Zeichnung ist der vorstehend beschriebene Strahlengang für den Empfänger 7 noch einmal getrennt dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 3 die Grenzstrahlen zweier Strahlenbüschel,-die von zwei Randpunkten A und D des Gesichtsfeldes Eintrittsluke) ausgehen, welche zur Verdeutlichung sehr dicht an die Ebene E des Empfängerobjektivs herangerückt wurde. Man erkennt, daß durch die Gesichtsfeldbegrenzung mit Hilfe der Blendenöffnung 13 und durch den Einsatz eines Zwischenobjektivs, welches vereinfachend durch seine Mit-telebene M in Fig. 3 dargestellt ist, der Bereich F (Austrittluke), auf welchen die reflektierte Strahlung auftreffen kann, sehr genau begrenzt wird. Diesen Bereich F wählt man nun bei einer gegebenen Photodiode so, daß die Randzone der lichtempfindlichen Fläche derseIben nicht mehr von einfallendem Infrarot-Licht getroffen werden kann, so daß das Entstehen von phasenverschobenen Signalkomponenten im Ausgangssignal der Photodiode zumindest weitgehend verhindert ist.In Fig. 3 of the drawing is the beam path described above for the receiver 7 shown again separately. 3 shows in detail the boundary rays of two bundles of rays, -those of two edge points A and D of the field of view Entry hatch), which for the sake of clarity is very close to level E of the Receiver lens has been moved up. It can be seen that through the field of view limitation with the help of the aperture 13 and through the use of an intermediate lens, which The area is shown in a simplified manner by its central plane M in FIG. 3 F (exit hatch), on which the reflected radiation can strike, very precisely is limited. For a given photodiode, this area F is chosen so, that the edge zone of the light-sensitive surface of the same is no longer of incident Infrared light can be hit, causing the emergence of out of phase Signal components in the output signal of the photodiode at least largely prevented is.
Den Strahlenverlauf über einen Tripelsplegel, welcher sich irgendwo innerhalb des von-den Randpunkten A und D (Fig. 3) befindlichen Gesichtsfeldes befindet, zeigt Fig. 4. Das Empfängerobjektiv 9 "sieht" nur - dann die gesamte vordere Öffnung des Parabolspiegels 3 und damit die gesamte strahlende Senderfläche, wenn die Summe der Halbmesser Y5 der vor deren Parabolspiegelöffnung und YE der Empfängerapertur kleiner als oder gleich dem Durchmesser dA der Tripelspiegelapertur ist. Dann erst empfängt das/E robjetiv 9 Strahlenbüschel, die von Randpunkten P des Parabolspiegels 3 ausgehen und innerhalb derjenigen Apertur vom Durchmesser dA reflektiert werden, welche sich unter dem Einstrahlungswinkel ß ergibt.The course of the rays over a triple mirror, which is somewhere is located within the field of view located by the edge points A and D (Fig. 3), shows Fig. 4. The receiver lens 9 "sees" only - then the entire front opening of the parabolic mirror 3 and thus the entire radiating transmitter surface, if the sum the radius Y5 of the front of the parabolic mirror opening and YE of the receiver aperture is smaller than or equal to the diameter dA of the triple mirror aperture. Then first the / E robjetiv receives 9 bundles of rays from edge points P of the parabolic mirror 3 and are reflected within the aperture of diameter dA, which results from the angle of incidence ß.
Das Empfängerobjektiv 9 ist bei dem Empfänger 7 des Geräts gemäß der Erfindung zur Erzielung definierter Abbildungsgrenzen vorzugsweise ein Objektiv, welches bezüglich seines fnungsfehlers korrigiert ist, so daß jeder Bildpunkt nahezu als Punkt und nicht als Scheibchen abgebildet wird. Im übrigen ist die Optik des Empfängers 7 als Fix-Fokus-Anordnung ausgebildet, was im Hinblick auf die vergleichsweise großen Meßabstände zulässig ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß mit Geräten gemäß der Erfindung, bei Verwendung von Lumineszenzdioden mit ca 300 mW Lichtleistung und einem Gesichtsfeldöffnungswinkel von insgesamt ca 6 Grad (Halbwertwinkel) Entfernungen bis zu etwa 300 m zwischen Sender und Reflektor in Hauptachsenrichtung sicher beherrscht werden können, was für ein Auffahrschutzgerät ohne weiteres ausreichend ist. Die Überbrückung der genannten Entfernung bei vergleichsweise geringer Senderleistung und bei Verwendung eines einzigen Tripelreflektors mit einem Durchmesser von etwa 5 cm ist im-wesentlichen darauf zurückzuführen, daß sich das Reflexionsvermögen des Reflektors sehr stark vom Reflexionsvermögen aller übrigen irrelevanten Objekte abhebt. An diesen Objekten erfolgt nämlich eine so starke Streuung des Infrarot-Lichts, daß ein Ansprechen der dem Empfänger bei Verwendung des Geräts als Auffahrschutzgerät. nachgeschalteten Warneinrichtungen erst erfolgt, wenn der Sender so nahe an das betreffende irrelevante Objekt (z.B. Leitplanken) herangeführt wurde, wie es bei einer normalen Fahrt auf einer beliebigen Straße praktisch nicht möglich ist.The receiver lens 9 is in the receiver 7 of the device according to FIG Invention to achieve defined imaging limits, preferably a lens, which regarding his misalignment is corrected so that each Image point is mapped almost as a point and not as a disc. Furthermore the optics of the receiver 7 is designed as a fixed focus arrangement, which is in view is permissible on the comparatively large measuring distances. In this context it should be noted that with devices according to the invention, when using Luminescence diodes with approx. 300 mW light output and a field of view opening angle from a total of about 6 degrees (half-value angle) distances up to about 300 m between Transmitter and reflector in the main axis direction can be safely controlled what is easily sufficient for a collision protection device. Bridging the said Distance with comparatively low transmitter power and when using a single cube-corner reflector with a diameter of about 5 cm is essentially due to the fact that the reflectivity of the reflector is very strong stands out from the reflectivity of all other irrelevant objects. On these objects namely, there is such a strong scattering of the infrared light that a response of the recipient when using the device as a collision protection device. downstream Warning devices only takes place when the transmitter is so close to the irrelevant in question Object (e.g. guardrails) was brought up, as it would in a normal journey any street is practically impossible.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752540665 DE2540665A1 (en) | 1975-09-12 | 1975-09-12 | Optical system for range finding sender:receiver - has infrared LED and focussing optical system preventing collision of vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752540665 DE2540665A1 (en) | 1975-09-12 | 1975-09-12 | Optical system for range finding sender:receiver - has infrared LED and focussing optical system preventing collision of vehicles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2540665A1 true DE2540665A1 (en) | 1977-03-17 |
| DE2540665C2 DE2540665C2 (en) | 1988-11-03 |
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ID=5956285
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19752540665 Granted DE2540665A1 (en) | 1975-09-12 | 1975-09-12 | Optical system for range finding sender:receiver - has infrared LED and focussing optical system preventing collision of vehicles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2540665A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2411421A1 (en) * | 1977-12-06 | 1979-07-06 | Lasag Sa | OPTICAL PRESENCE DETECTOR |
| FR2538125A1 (en) * | 1982-12-20 | 1984-06-22 | Enertec | Cloud rangefinder |
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| DE1944781A1 (en) * | 1968-09-26 | 1970-04-02 | Paillard Sa | Range finders, in particular for use in photography |
| DE1944780A1 (en) * | 1968-09-26 | 1970-04-02 | Paillard Sa | Distance meter with reflected light bundle |
| US3781552A (en) * | 1972-08-02 | 1973-12-25 | K Kadrmas | Self-calibrating multiple field of view telescope for remote atmospheric electromagnetic probing and data acquisition |
-
1975
- 1975-09-12 DE DE19752540665 patent/DE2540665A1/en active Granted
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Also Published As
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|---|---|
| DE2540665C2 (en) | 1988-11-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OF | Willingness to grant licences before publication of examined application | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |