DE3601536C1 - Anordnung zur Lagebestimmung eines Objektes - Google Patents
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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.
Priority Applications (4)
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
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