DE2927845A1

DE2927845A1 - Einen taktmasstab aufweisender lichtvorhang

Info

Publication number: DE2927845A1
Application number: DE19792927845
Authority: DE
Inventors: Horst Biehrer; Guenter Fetzer
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1979-07-10
Filing date: 1979-07-10
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2927845C3; JPS5616803A; EP0022263A3; JPS6346361B2; DE2927845B2; EP0022263B1; EP0022263A2; US4402609A

Description

Die Erfindung betrifft einen einen Taktmaßstab aufweisenden Lichtvorhang mit einem ein Laserlichtbündel erzeugenden Sendeteil, einer insbesondere als Spiegelrad ausgebildeten Lichtablenkvorrichtung, einem streifenförmigen Hohlspiegel, in dessen Brennpunkt die den Sendestrahl reflektierende Oberfläche des Spiegelrades angeordnet ist und der ein paralleles Lichtbündel zu einem streifenförmigen Lichtaustrittsfenster lenkt, einem sich entlang des Lichtaustrittsfensters erstreckenden, spiegelnd reflektierenden Taktmaßstab, der von einem Teil des Sendestrahls abgetastet wird, einer Abtastebene oder einem Retroreflektor am Ende des Überwachungsbereiches, einer photoelektrischen Lichtempfangsanordnung, welche das an die Abtastebene gelangende oder das aus dem Überwachungsbereich über den Hohlspiegel und die Lichtablenkvorrichtung zurückkehrende Licht empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt, und mit einer zwischen Sendeteil und Lichtablenkvorrichtung abgezweigten "photoelektrischen Taktlichtbündel-Empfangsanordnung für das vom Taktmaßstab spiegelnd reflektierte Licht.

Bei derartigen Lichtvorhängen (siehe z.B. DE-PS 23 40 688) dient der Taktmaßstab dazu, während des Abtastens des Überwachungsbereiches eine laufend durchnumerierte Impulsgruppe zu schaffen, dieses ermöglicht, durch Vergleich der elektrischen Signale der beiden Lichtempfangsanordnungen den Ort eines Hindernisses innerhalb des Überwachungsbereiches zu bestimmen. Ein Problem bei den bekannten Lichtvorhängen besteht jedoch darin, daß der Auflösung Grenzen durch die Breite des Abtastsendelichtbündels gesetzt sind, welches im Durchmesser kleiner als die Teilung des Taktmaßstabes sein muß.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Lichtvorhang der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem unter "Verwendung einer Laser-Lichtquelle eine wesentlich feiner Auflösung des aus dem Überwachungsbereich empfangenen Nutzsignals möglich ist, als es dem an sich schon feinen Durchmesser des Laser-Lichtbündels entspricht.

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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Taktmaßstab eine so feine Teilung hat, daß jeweils mehrere Teilstriche von dem parallelen Abtastsendelichtbündel erfaßt sind, daß in der Taktlichtbündelempfangsanordnung innerhalb des von dem Taktmaßstab zurückkommenden Empfangslichtbündels ein Strichraster angeordnet ist, dessen Teilung gleich und parallel zu der vom Taktmaßstab im Empfangslichtbündel bewirkten Teilung ist, und daß das durch das Raster hindurchgelangende Licht von einem Photoempfänger erfaßt und vorzugsweise durch eine Linse auf ihn konzentriert wird.

Auf diese Weise erscheint auf der Oberfläche des Photoempfängers, welcher auch durch eine Matrix parallelgeschalteter Photodioden verwirklicht werden kann, gleichzeitig ein Schattenbild mehrerer nebeneinander liegender Taktstriche, welche sich entsprechend der Abtastgeschwindigkeit des Sendestrahlenbündels quer über den Photoempfänger bewegt- Desgleichen werden gleichzeitig mehrere Taktstriche des Strichrasters auf der Oberfläche des Photoempfängers abgebildet, welche jedoch stillstehen. Liegen die vom Taktmaßstab kommenden Dunkelstriche gerade zwischen den undurchlässigen Strichen des Strichrasters, so erhält der Photoempfänger praktisch kein Licht. Decken sich dagegen die vom Taktmaßstab herrührenden Dunkelstriche am Ort des Rasters mit den Rasterstrichen, so kann das von den spiegelnd reflektierenden Lücken des Taktmaßstabes herrührende Licht voll zwischen den Rasterstrichen hindurchtreten und den Photoempfänger erreichen. In dieser Position wird also ein maximales elektrisches Ausgangssignal erzielt. Die Frequenz des elektrischen Taktsignals am Ausgang des Photoempfängers entspricht somit der Geschwindigkeit, mit der das Abtastsendelichtbündel den Taktmaßstab überstreicht. Ersichtlich wird also auch dann noch ein relativ hochfrequentes, eine große Auflösung gewährleistendes Taktsignal erzielt, wenn das Abtastsendelichtbündel einen wesent-

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lieh größeren Durchmesser aufweist, als es der Teilung des Taktmaßstabes entspricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn innerhalb des Lichtbündelquerschnitts 2 bis 8 und vorzugsweise etwa 5 Teilstriche des Taktmaßstabes angeordnet sind»

Am Ort des Strichrasters überstrahlt das Bild des Taktmaßstabes das Raster zweckmäßigerweise allseitig.

Nach einer ersten Ausführungsform kann sich der Taktmaßstab über einen Teil des Austrittsfensters erstrecken. Der Querschnitt des Abtastsendelxchtbündels verteilt sich so auf den Taktmaßstab und den Überwachungsbereich.

Es ist aber auch möglich, daß ein Teil des Abtastsendelxchtbündels durch einen streifenförmiges Strahlenteiler, der vor dem Fenster angeordnet ist, ausgespiegelt und dem Taktmaßstab zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform behält das Sendelichtbündel seinen Querschnitt im Überwachungsbereich bei und wird lediglich um den ausgespiegelten Betrag geschwächt.

Bei der letztgenannten Ausführungsform ist es zweckmäßig, daß der Taktmaßstab so um seine Längsachse gekippt ist, daß das spiegelnd reflektierte Taktlichtbündel geometrisch vom Sendelichtbündel getrennt wird und nach der Lichtablenkvorrichtung nur noch durch einen Planspiegel zu dem Raster umgelenkt zu werden braucht. Das Sendelichtbündel trifft den Taktmaßstab also nicht genau senkrecht, sondern unter einem etwas von 90° abweichenden Winkel, so daß das vom Taktmaßstab spiegelnd reflektierte Empfangslichtbündel einen etwas anderen Weg als das Sendelichtbündel über den Hohlspiegel und die Lichtablenkvorrichtung nimmt. Die hierdurch erzielte geometrische Trennung von Sende- und Empfangsstrahl wird zur Ausspiegelung des Taktempfangs lichtbündels benutzt.

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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Lichtvorhanges,
Fig. 1a eine etwas abgewandelte Ausführung,

Fig. 2 eine Ansicht nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht nach Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht des Strichrasters mit dem Taktmaßstabbild und

Fig. 5 eine Seitenansicht einer ähnlichen Ausführungsform wie Fig. 1 mit einer anderen Anordnung des Taktmaßstabes und der Taktlichtbündel-Empfangsanordnung.

Nach Fig. 1 erzeugt ein mit einem Laser und Linsen ausgestatteter Sendeteil 12 ein konvergierendes Laserlichtbündel 26, welches auf die Oberfläche eines sich drehenden Spiegelrades 13 fokussiert ist, die sich im Brennpunkt eines streifenförmigen Hohlspiegels 14 befindet. Aufgrund dieser Anordnung wird das reflektierte, nunmehr divergierende Bündel 26' vom Hohlspiegel 14 parallel zum Sendebündel 26 als paralleles Abtastsendelichtbündel 20 zurückgeworfen. Beim Drehen des Spiegelrades 13 verschiebt sich das Abtastsendelichtbündel 20 in Richtung des Pfeiles F parallel zu sich selbst.

Das Abtastsendelichtbündel 20 tritt gemäß den Fig. 1 und 2 aus einem streifenförmigen Lichtaustrittsfenster 15 aus, dessen eine Hälfte in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise einen reflektierenden Taktmaßstab 19 aufweist. Die Rasterstriche des Taktmaßstabes 19 sind schwarz und reflektieren kein Licht. Zwischen den Rasterstrichen befinden sich spiegelnd lichtreflektierende Bereiche. In Fig. 1 sind die Raster -

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striche ebenso wie das Abtastlichtbündel 20 der Anschaulichkeit halber stark vergrößert übertrieben dargestellt. Die Taktmaßstabebene ist mit y, ihre Bildebene mit y¹ bezeichnet.

Die Anordnung ist nach Fig. 2 so getroffen, daß die eine Hälfte des rechteckfÖrmigen, spaltartigen Querschnitts des.Sendelichtbündels 20 den Taktmaßstab erfaßt, während die andere Hälfte durch das Fenster 15 austritt und über den Überwachungsbereich 17 zu einem an dessen Ende angeordneten streifenförmigen Retroreflektor 16 gelangt. Dieser reflektiert das Lichtbündel in sich zurück, so daß es erneut in das Fenster 15 eintritt und über den Hohlspiegel 14 und das Spiegelrad 13 zu einem Strahlenteiler 27 zurückreflektiert wird, welcher das Nutz-Empfangslichtbündel 28 einer Lichtempfangsanordnung 18 zuführt. Diese liefert an ihrem Ausgang ein elektrisches Signal, das in seiner Stärke der Intensität des aus dem Überwachungsbereich 17 zurückgelangenden Lichtes entspricht.

Der vom Taktmaßstab 19 reflektierte Teil des Sendelichtbündels 20 wird durch einen vor dem Spiegelrad 13 angeordneten Strahlenteiler 29 ausgespiegelt. Im Wege des so vom Sendelicht getrennten Taktempfangslichtbündels 22 befindet sich erfindungsgemäß ein Strichraster 21, das in Fig. 3 in Draufsicht wiedergegeben ist. Die Teilung dieses Strichrasters entspricht der Teilung des Schattenbildes, das der Taktmaßstab 19 in der Ebene der Rasterstriche des Strichrasters 21 entwirft. Auch sind die Striche des Rasters 21 und die Striche des Schattenbildes parallel zueinander.

Eine Linse 30 konzentriert das durch das Strichraster 21 gehende Licht auf einen Photoempfänger 11.

Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung eine Draufsicht des Strichrasters 21, auf dem das Schattenbild 19' des Taktmaßstabes 19 vorzugsweise etwas größer erscheint. Wenn die Dunkel-

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striche des Schattenbildes 19" genau zwischen die Rasterstriche des Rasters 21 fallen, gelangt praktisch kein Licht zur Empfangsfläche des Photoempfängers 11, so daß diese völlig abgedunkelt ist. Kommen dagegen die Dunkelstriche des Schattenbildes 19' mit den Rasterstrichen in Ausrichtung, so erfolgt ein voller Lichtdurchtritt durch die Striche des Rasters 21 hindurch, und der Photoempfänger 11 liefert ein maximales elektrisches Signal.

Die elektrischen Ausgangssignale der Lichtempfangsanordnung 18 und des Photoempfängers 11 werden einer Auswerteelektronik 25 zugeführt, was in Fig. 1 durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist. In der Auswerteelektronik 25 wird das von der Lichtempfangsanordnung 18 empfangene elektrische Signal zu dem Taktsignal in Beziehung gesetzt. Auf diese Weise ist es möglich, den Ort und die Ausdehnung eines im überwachungsbereich 17 vorhandenen Hindernisses 31 entsprechend der Teilung des Taktmaßstabes 19 genau zu bestimmen.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer ähnlichen Ausführungsform wie Fig. 1. Kurz vor dem Fenster 15 ist innerhalb des Abtastsendelichtbündels 20 ein Strahlenteiler 23 in Streifenform mit zur Zeichnungsebene senkrechter Längserstreckung angeordnet, welcher einen Teil des Sendelichtbündels 20 zum Überwachungsbereich 17 hindurchläßt und einen anderen Teil zu dem im wesentlichen senkrecht zum Fenster 15 angeordneten Taktmaßstab 19 gelangen läßt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist der streifenförmige Taktmaßstab 19 etwas um seine Längsachse 32 gekippt, derart, daß der abgezweigte Teil des Sendelichtbündels 20 nicht genau senkrecht, sondern unter einem etwas von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Taktmaßstabes 19 auftrifft. Die Folge ist, daß das reflektierte Empfangsbündel 22 nicht mehr mit dem Sendelichtbündel 2O zusammenfällt und über den Hohlspiegel 14 sowie das Spiegelrad 13 zu einem neben dem Sendebündel 26 angeordneten Planspiegel 24 gelangt, der das Bündel 22 in der oben beschriebenen Weise zum Strichraster 21 lenkt. Durch die geringfügige Kippung des Taktmaßstabes 19 wird also eine geometrische Strahlenteilung reali-

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Die Ausführungsform nach Fig. 1a entspricht weitgehend der nach Fig. 1 mit der einen Ausnahme, daß das Raster 21 nicht am Ort des Schattenbildes 19' des Taktmaßstabes 19 angeordnet ist. Das Schattenbild 19' wird vielmehr zunächst durch eine Linse 3Oa in einer Ebene y" vergrößert abgebildet, wo ein entsprechend vergrößertes Raster 21 angeordnet ist. Es braucht also bei dieser Ausführungsform kein besonders feines Raster verwendet zu werden. Eine weitere Linse 30 konzentriert das durch das Raster 21 tretende Licht wieder auf dem Photoempfänger 11.

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Leerseite

Claims

1J Einen Taktmaßstab aufweisender Lichtvorhang mit einem ein Laserlichtbündel erzeugenden Sendeteil, einer insbesondere als Spiegelrad ausgebildeten Lichtablenkvorrichtung, einem streifenförmigen Hohlspiegel, in dessen Brennpunkt die den Sendestrahl reflektierende Oberfläche des Spiegelrades angeordnet ist und der ein paralleles Liehtbündel zu einem streifenförmigen Lichtaustrittsfenster lenkt, einem sich entlang des Lichtaustrittsfensters erstreckenden, spiegelnd reflektierenden Taktmaßstab, der von einem Teil des Sendestrahls abgetastet wird, einer Abtastebene oder einem Retroreflektor am Ende des Überwachungsbereiches, einer photoelektrischen Lichtempfangsanordnung, welche das an die Abtastebejie gelangende oder das aus dem Überwachungsbereich über den Hohlspiegel und die Lichtablenkvorrichtung zurückkehrende Licht empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt, und mit einer zwischen Sendeteil und Lichtablenkvorrichtung abgezweigten photoelektrischen Taktlichtbündel-Empfangsanordnung für das vom Taktmaßstab spiegelnd reflek-

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MANlTZ · FINSTERWALj HEYN - MORGAN - 8000 MÖNCHEN 22 · ROBERT-KOCH-STRASSE 1 TEL (089) 2242 11 - TELEX 05-23672 PATMF

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ORlQJNAk INSPECTED

tierte Licht, dadurch gekennzeichnet , daß der Taktmaßstab (19) eine so feine Teilung hat, daß jeweils mehrere Teilstriche von dem parallelen Abtastsendelichtbündel (20) erfaßt sind, daß in der Taktlichtbündelempfangsanordnung innerhalb des von dem Taktmaßstab (19) zurückkommenden

. Empfangs]ichtbündels (22) ein Strichraster (21) angeordnet ist, dessen Teilung gleich und parallel zu der vom Taktmaßstab (19) im Empfangslichtbündel (22) bewirkten Teilung ist, und daß das durch das Raster (21) hindurchgelangende Licht von einem Photoempfänger (11) erfaßt und vorzugsweise durch eine Linse (30) auf ihn konzentriert wird.

2. Lichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild (19') des Taktmaßstabes (19) am Ort des Rasters (21) eine größere Fläche als letzteres einnimmt.

3. Lichtvorhang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Taktmaßstab (19) sich über einen Teil des Austrittsfensters (15) erstreckt.

4. Lichtvorhang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Abtastsendelichtbündels (20) durch einen streifenförmigen Strahlenteiler (23) ausgespiegelt und dem Taktmaßstab (19) zugeführt ist.

5. Lichtvorhang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktmaßstab (19) so um seine Längsachse gekippt ist, daß das spiegelnd reflektierte Taktlichtbündel geometrisch vom Sendebündel (20) getrennt wird und nach der Lichtablenkvorrichtung (13) nur noch durch einen Planspiegel (24) zu dem Raster (21) umgelenkt zu werden braucht.

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