DE3601536C1 - Anordnung zur Lagebestimmung eines Objektes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagebe­ stimmung eines Objektes mittels eines Positionsdetektors, der hinter einer Abbildungsoptik angeordnet ist, wobei eine dem Positionsdetektor zugeordnete Beleuchtungsanlage das zu bestimmende Objekt beleuchtet und eine am Objekt an­ geordnete Reflektoranordnung die von der Beleuchtungsanla­ ge ausgesandte Lichtstrahlung zum Positionsdetektor reflek­ tiert.

Eine genaue Lagebestimmung eines ruhenden oder bewegten Objektes ist heutzutage auf vielen Gebieten erforderlich. Ein derartiges Meßverfahren kann auf dem Messen der Fort­ pflanzungsgeschwindigkeit von Radarwellen, Ultraschallwel­ len oder von Lichtstrahlen beruhen.

Radareinrichtungen beruhen auf der Messung der Fortpflan­ zungsgeschwindigkeit bzw. Zeitspanne des Fortpflanzens von Mikrowellen zum Ermitteln des Abstandes sowie auf der An­ wendung des Dopplereffektes zum Berechnen der Geschwindig­ keit. Das Radarprinzip stößt dann auf Grenzen, wenn es da­ rum geht, den Bewegungszustand eines klein bemessenen Ob­ jekts oder eines gegebenen Punktes auf einem großen Objekt zu bestimmen.

Ulatraschallverfahren, die auf demselben Prinzip wie Ra­ darwellen arbeiten, weisen den Nachteil auf, daß das Meßer­ gebnis von den Bewegungen des Umgebungsmediums, z. B. Luft abhängt und oft durch schlechte Reflexion am Ort beein­ trächtigt wird.

Am besten geeignet zur genauen Lagebestimmung eines Objek­ tes ist ein Meßverfahren, das das optische Band elektromag­ netischer Wellen verwendet. Die Erzeugung von Licht wird dabei mittels eines Lasers vorgenommen, dessen Licht genü­ gend intensiv und monochromatisch ist, um diesen Zweck zu erfüllen. So läßt sich mittels eines Laserstrahls und mit einem Positionsdetektor hinter einer abbildenden Optik die Lage einer leuchtenden punktförmigen oder ausgedehnten Lichtquelle ein- oder zweidimensional sehr genau bestim­ men.

Aus der DE-OS 33 18 556 ist eine Vorrichtung zum Messen und Berechnen des Abstandes eines gegebenen Objektes und der hieraus ableitbaren Daten bekannt, wie beispielsweise des Abstandes, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung, basierend auf der Messung der Fortpflanzungszeit elektro­ magnetischer Strahlung im optischen Band. Mittels eines Lasers wird dabei ein periodischer Lichtstrahl gegen das bewegte oder ortsfeste Objekt gerichtet und ein fester Win­ kel des Strahles derart einjustiert, daß eine dem Objekt zugeordnete reflektierende Fläche ständig im Strahl liegt. Hiermit ist es also nur möglich, den Abstand eines einzi­ gen gegebenen Objektes von der Beleuchtungsquelle festzu­ stellen.

Will man die genaue Lage mehrerer leuchtender Punkte nahezu gleichzeitig bestimmen, so eignet sich das Zeit-Multi­ plex-Verfahren, wobei jeder einzelne Punkt zu einem genau bekannten Zeitpunkt einzeln beleuchtet wird oder auch das Frequenz-Multiplex-Verfahren, wobei jede einzelne Quelle mit einer bestimmten bekannten Frequenz in der Helligkeit moduliert wird und das Meßsignal des Positionsdetektors in einem entsprechenden Demultiplex-Verfahren weiterverarbei­ tet wird.

Ein derartiges Verfahren weist jedoch noch den Nachteil auf, daß eine Verbindung, d. h. ein Kabel zwischen dem Posi­ tionsdetektor und der Lichtquelle vorhanden sein muß, über die die Zeit- bzw. Frequenzcode-Information übertragen wer­ den muß. Ferner benötigen die leuchtenden Punkte und die zugehörige Elektronik eine eigene Stromversorgung.

Für die gleichzeitige Lagebestimmung zweier leuchtender Punkte an einem Objekt ist eine Anordnung denkbar, bei der gleichzeitig zwei Systeme bestehend aus je einer Lichtquelle und einem Positionsdetektor verwendet werden, die mit unterschiedlichen Spektralfarben arbeiten, wobei hier als Spektralfarbe ein Spektralband aus dem optischen Bereich von UV bis TIR bezeichnet wird. Dieses Verfahren weist noch den Nachteil auf, daß ein doppelter apparativer Aufwand erforderlich ist und die beiden Systeme zueinander kalibriert werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, mit der eine Vielzahl von Punkten eines gegebenen Objektes schnell und sicher detek­ tierbar sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsanlage eine Vielzahl von Lichtquellen aufweist, deren jede einen Lichtstrahl unterschiedlicher Codierung aussendet und daß die Reflek­ toranordnung eine der Anzahl der Lichtquellen entsprechende Anzahl von Reflektoren aufweist, deren jeder nur einen Lichtstrahl einer bestimmten Codierung reflektiert.

Die Lichtquellen können dabei Laserdioden unterschiedli­ cher Spektralfarben sein, wobei jedem Reflektor ein Spektralfilter zugeordnet ist; den Lichtquellen können auch Polarisatoren zugeordnet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Anordnung dargestellt ist.

In der Figur ist mit 1 ein als Sensorelement dienender Positionsdetektor bezeichnet, von dem eine geeignete Abbildungsoptik 2 angeordnet ist. Mit 4 sind zwei Reflekto­ ren einer Vielzahl von Reflektoren bezeichnet, die an dem zu bestimmenden Objekt angeordnet sind. Dem Positionsdetek­ tor 1 wiederum sind eine Vielzahl von Lichtquellen 3 zuge­ ordnet, von denen in der Figur zwei dargestellt sind. Die­ se Lichtquellen können z. B. Laserdioden sein, deren jede in einer anderen Spektralfarbe leuchten. Anstelle der spek­ tralen Farbcodierung kann auch eine Codierung mittels der Polarisationsrichtung des ausgesandten Lichts erfolgen, z. B. in herkömmlicher Weise mit λ/4-Plättchen oder Pola­ risationsfolien.

Die Reflektoren 4 entsprechen in ihrer Anzahl der Anzahl der Lichtquellen 3, wobei jeder Reflektor im Falle von Lichtquellen unterschiedlicher Spektralfarben mit einem geeigneten Spektralfilter z. B. einem Interferenzfilter versehen ist, so daß jeder Reflektor 4 nur eine bestimmte Spektralfarbe reflektiert. Dadurch erfolgt eine eindeutige Farbcodierung für jeden einzelnen Reflektor.

Das von der Lichtquelle 3 ausgesandte Licht wird von dem Reflektor 4 reflektiert und durch die Abbildungsoptik 2 an einer bestimmten durch die Koordinaten x und y festgelegten Stelle des Positionsdetektors 1 detektiert.

Die einzelnen durch die Reflektoren 4 bestimmten Meßpunkte des Objekts sind also vollständig passiv, d. h. es ist keine Verbindung und keine Stromversorgung für diese Punkte erforderlich.

Die Weiterverarbeitung der vom Positionsdetektor 1 erhal­ tenen Signale erfolgt dabei in einer herkömmlichen Auswer­ teschaltung, unter Benutzung des oben erwähnten Zeit-Multi­ plex- oder Frequenz-Multiplex-Verfahrens.

Claims (3)

1. Anordnung zur Lagebestimmung eines Objektes mittels ei­ nes Positionsdetektors, der hinter einer Abbildungsop­ tik angeordnet ist, wobei eine dem Positionsdetektor zu­ geordnete Beleuchtungsanlage das zu bestimmende Objekt beleuchtet und eine am Objekt angeordnete Reflektoran­ ordnung die von der Beleuchtungsanlage ausgesandte Lichtstrahlung zum Positionsdetektor reflektiert, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsanlage eine Vielzahl von Lichtquellen aufweist, deren jede einen Lichtstrahl unterschiedlicher Kodierung aussendet und daß die Reflektoranordnung eine der Anzahl der Licht­ quellen entsprechende Anzahl von Reflektoren aufweist, deren jeder nur einen Lichtstrahl einer bestimmten Ko­ dierung reflektiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen Laserdioden unterschiedlicher Spektral­ farbe sind und daß jedem Reflektor ein Spektralfilter zugeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtquelle und jedem Reflektor ein Polarisator zugeordnet ist.