DE3743194C2

DE3743194C2 -

Info

Publication number: DE3743194C2
Application number: DE19873743194
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Scheck; Siegfried 8960 Kempten De Idler; Klaus 8961 Boerwang De Kittmann
Original assignee: Baumer Electric AG
Current assignee: Baumer Electric AG
Priority date: 1987-12-19
Filing date: 1987-12-19
Publication date: 1989-11-23
Also published as: JPH01203918A; DE3743194A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Ent fernungsmessung zwischen einem Meßgerät und einem Objekt, bei dem von einer Lichtquelle ein Lichtstrahl vom Meßge rät auf das Objekt geworfen, das vom Objekt reflektierte Lichtbündel in einem optischen System des Meßgerätes fo kussiert und vor der Fokalebene durch einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen zerlegt wird, deren Strahlungsin tensitäten mittels zweier optoelektronischer Detektoren in der gemeinsamen optischen Achse jedoch in unterschied lichen Abständen vom Strahlteiler gemessen werden und der Quotient der Detektorströme als Funktion der zu messenden Entfernung ausgewertet wird.The invention relates to a method and a device for optical ent distance measurement between a measuring device and an object, in which from a light source a light beam from the Meßge advises thrown on the object that reflected from the object Beams of light in an optical system of the measuring device fo kissed and in front of the focal plane by a beam splitter is broken down into two partial beams, the radiation in intensities using two optoelectronic detectors in the common optical axis but in different distances from the beam splitter are measured and the Quotient of the detector currents as a function of the measured Distance is evaluated.

Aus der US-PS 37 19 421 ist ein derartiges Verfahren be kannt, bei dem jedem Teilstrahl eine Blende zugeordnet und als Ergebnis die Differenz der Strahlungsflüsse der beiden Detektoren gemessen wird. Sind beide Blenden gleich groß, so liegt bei gleichem Strahlungsfluß das virtuelle Bild der Lichtquelle genau zwischen beiden Blenden. Diese Situation tritt jedoch nur für einen ganz bestimmten Abstand der Lichtquelle vom Objekt auf. Mit diesem Verfahren ist es nur möglich, zu überprüfen, ob die Lichtquelle in einem vorgegebenen richtigen Abstand vom Objekt angeordnet ist und wenn nicht, in welcher Richtung die tatsächliche Lage sich von der gewünschten Lage unterscheidet. Die effektive Größe der Abweichung von der gewünschten Lage läßt sich nicht ermitteln, da die absolute Leuchtkraft der Licht quelle unbekannt ist. Verdoppelt sich diese z. B., so verdoppelt sich auch die Differenz der Strahlungsflüsse der Teilstrahlen, obwohl die Entfernung des Gerätes vom Objekt unverändert bleibt. Mit der bekannten Anordnung ist es also nicht möglich, ein Meßgerät herzustellen, das ein Ausgangssignal zur Verfügung stellt, aus dem sich die tatsächliche Entfernung zum Objekt ermitteln läßt.Such a method is known from US Pat. No. 3,719,421 knows, in which each aperture is assigned an aperture and as a result the difference in the radiation fluxes of the two Detectors is measured. If both panels are the same size, so the virtual image is at the same radiation flow the light source exactly between the two diaphragms. These However, situation occurs only for a certain distance the light source from the object. With this procedure it is only possible to check if the light source in one predetermined correct distance from the object is arranged and if not, in which direction the actual situation differs from the desired location. The effective one Size of the deviation from the desired location can be do not determine because the absolute luminosity of the light source is unknown. This doubles z. B., so the difference in radiation fluxes also doubles of the partial beams, although the distance of the device from the Object remains unchanged. With the known arrangement So it’s not possible to make a measuring device, which provides an output signal from which determine the actual distance to the object leaves.

Die DD-PS 65 320 zeigt vom Aufbau her ein ähnliches op tisches System, dessen Signalauswertung dadurch verbes sert ist, daß nicht die Differenz der Strahlungsflüsse sondern der Quotient aus der Differenz und der Summe der Strahlungsflüsse ausgewertet wird. Damit ist das Meßergeb nis nicht mehr von der absoluten Leuchtstärke der Licht quelle abhängig. Der Abstand der Lichtquelle von einer Sammellinse läßt sich somit direkt zuordnen. Während das Signal bezüglich des Abstandes des virtuellen Bildes der Lichtquelle linear ist, trifft dies bezüglich des realen Bildes der Lichtquelle nicht zu, da dieser Abstand aus der Linsengleichung berechnet werden muß.The DD-PS 65 320 shows a similar op table system, the signal evaluation thereby improves sert is that not the difference in radiation flows but the quotient of the difference and the sum of the Radiation flows are evaluated. This is the measurement result no longer depends on the absolute luminosity of the light source dependent. The distance of the light source from one The converging lens can thus be assigned directly. During that Signal related to the distance of the virtual image of the Light source is linear, this affects the real one Image of the light source is too close because of this distance the lens equation must be calculated.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Ausgangs signal erzeugt wird, welches linear von der zu messenden Entfernung abhängig ist, um so einen echten Entfernungs messer zu realisieren.The object of the invention is the known method of type mentioned so that an output signal is generated, which is linear from the measured Distance is dependent, so a real distance to realize knives.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge nannten Art dadurch gelöst, daß die Lichtquelle einen scharf gebündelten Lichtstrahl erzeugt, daß das reflektierte Lichtbündel in dem optischen System eindimensional fo kussiert wird und daß die Messung der Strahlungsintensität eines Teilstrahls in dessen Fokallinie erfolgt, die durch die Brennweite des optischen Systems bezogen auf ein von einem unendlich fernen Punkt reflektiertes Lichtbündel de finiert ist.This task is ge in a process of the beginning named type solved in that the light source a sharp focused beam of light that produces the reflected Light beams in the optical system one-dimensional fo is kissed and that the measurement of radiation intensity of a partial beam in its focal line, which is made by the focal length of the optical system related to one of an infinitely distant point reflected light bundle de is finished.

Aus der DE-OS 27 03 463 ist schon ein Verfahren zur optischen Entfernungsmessung bekannt, bei dem eine Lichtquelle vorge sehen wird, die einen scharf gebündelten Lichtstrahl erzeugt, allerdings fehlt hier ein optisches System zur Fokussierung des reflektierten Lichtbündels.DE-OS 27 03 463 is already a method for optical Distance measurement is known, in which a light source is featured that creates a sharply focused beam of light, however, there is no optical focusing system here of the reflected light beam.

Ein nach diesem neuen Verfahren arbeitendes Meßgerät hat eine lineare Ausgangskennlinie bezüglich der Objektent fernung. Dies ermöglicht ein direktes Eichen der Ausgangs spannung und erübrigt eine Umrechung z. B. über eine Werte tabelle. Die Linearisierung des Ausgangssignals beruht also einmal auf der Anordnung einer der beiden Detektoren genau im Abstand der Brennweite des abbildenden optischen Systems (Linse oder Spiegel) und zum anderen auf der Messung der eindimensionalen Leistungsdichte im Strahlungsweg. Würde man den einen Detektor nicht genau im Abstand gleich der Brenn weite des optischen Systems anordnen, so würde sich die ur sprünglich gerade Kennlinie konkav oder konvex verformen, je nachdem, ob sich der Detektor vor oder hinter der Fokallinie befindet.A measuring device working according to this new method has a linear output characteristic with respect to the object distance. This enables direct calibration of the exit voltage and makes a conversion z. B. about values table. The linearization of the output signal is therefore based once on the arrangement of one of the two detectors at a distance from the focal length of the imaging optical system (Lens or mirror) and secondly on the measurement of the one-dimensional power density in the radiation path. You would the one detector is not exactly the same distance as the focal point arrange the width of the optical system, so the ur originally deform straight curve concave or convex, each after whether the detector is in front of or behind the focal line located.

Während nach dem Stand der Technik die Fokussierung des reflektierten Lichtbündels durch die Linse punktförmig erfolgt, wird erfindungsgemäß das Lichtbündel nur ein dimensional fokussiert und die Querschnitte des reflek tierten Lichtbündels haben somit einen großen Durch messer und einen längs des Strahlweges allmählich ab nehmenden kleineren Durchmesser. Die beiden Detektoren müssen also in einer Koordinatenrichtung größer als der Strahldurchmesser und in einer dazu senkrechten Richtung kleiner sein, was zu einer schmalen und langen Bauweise des Detektors führt. Alternativ läßt sich die Leistungs messung auch durch ein den Detektoren jeweils vorgeschalte tes optisches System, z. B. einer Zylinderlinse erreichen.While according to the prior art the focus of the reflected light beam through the lens point takes place, according to the invention the light beam is only one dimensionally focused and the cross sections of the reflek tied light bundles have a big through knife and gradually along the beam path taking smaller diameter. The two detectors must be larger than that in a coordinate direction Beam diameter and in a direction perpendicular thereto be smaller, resulting in a narrow and long design of the detector leads. Alternatively, the performance measurement also by a series upstream of the detectors tes optical system, e.g. B. reach a cylindrical lens.

Erfindungsgemäß wird der Quotient der beiden Teilströme der Detektoren ausgewertet, der sich digital oder analog berechnen läßt. Dabei wird der von dem in der Fokallinie des optischen Systems anzuordnenden Detektor gemessene Fotostrom vorzugsweise für den Zähler des Quotienten verwendet. According to the invention, the quotient of the two partial flows of the detectors evaluated, which can be digital or analog can be calculated. The one in the focal line the detector to be arranged in the optical system Photocurrent preferably used for the counter of the quotient.

Wenn im Vorstehenden von der Fokallinie bzw. der Fokallänge oder Brennweite des optischen Systems gesprochen wird, so sind darunter die Werte zu verstehen, die sich auf eine vom optischen System unendlich weit entfernte Strahlungs quelle beziehen, obwohl mit dem Meßgerät endliche Abstän de gemessen werden.If in the foregoing from the focal line or the focal length or focal length of the optical system is spoken, so are the values that refer to a radiation infinitely distant from the optical system source, although finite distances with the measuring device de can be measured.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ oder kumulativ auch dadurch gelöst, daß die Lichtstärke der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Entfernung des Meßgerätes vom Ob jekt laufend so geregelt wird, daß der Fotostrom eines der beiden zur Entfernungsmessung verwendeten Detektoren konstant bleibt, und daß der weiter vom Strahlteiler abliegende Detektor auf der optischen Achse im Ab stand gleich der Fokallänge vom optischen System liegt. Vorzugsweise wird der Fotostrom des näher zum Strahl teiler liegenden Detektors auf konstantem Wert gehalten, da bei der Quotientenbildung der Fotoströme derjenige des näher am Strahlteiler liegenden Detektors im Nenner steht. Auch mit diesem Regelungsverfahren wird eine Linearisierung des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Objektentfer nung erreicht und zwar ist diese Entfernung direkt propro tional dem Fotostrom des vom Strahlteiler weiter abliegenden Detektors. According to the invention, the task becomes alternative or cumulative also solved in that the light intensity of the light source depending on the distance of the measuring device from the ob is continuously regulated so that the photo stream is one of the two detectors used for distance measurement remains constant, and that the farther from the beam splitter remote detector on the optical axis in the Ab was equal to the focal length of the optical system lies. The photocurrent is preferably closer to the beam divider lying detector kept at a constant value because in the quotient formation of the photo streams that of the detector located closer to the beam splitter in the denominator. Linearization is also used with this control method of the output signal depending on the object distance reached and this distance is directly propro tional the photo stream of the further away from the beam splitter Detector.

Aus der DE-OS 27 03 463 ist zwar eine ähnliche Regelung der Lichtstärke bekannt, jedoch werden dafür zusätzlich ein Strahlteiler, ein Detektor und eine Auswerteeinheit benö tigt. Zudem muß die Auswerteeinheit umständliche Rechen operationen durchführen, die dank der Erfindung gerade ver mieden werden.A similar regulation is indeed from DE-OS 27 03 463 the luminous intensity is known, however, an additional Beam splitter, a detector and an evaluation unit are required does. In addition, the evaluation unit has to do cumbersome rakes perform operations that, thanks to the invention, ver be avoided.

Beide Meßverfahren lassen sich vorzugsweise in ei nem Meßgerät realisieren, wobei eine Umschaltung auf das zweite Verfahren vorgenommen wird, wenn das erste Meß verfahren in Ausnahmefällen nicht zufriedenstellend arbei tet. Dies kann z. B. an den Grenzen des Meßbereiches, bei ungünstigen Reflexionseigenschaften des Objektes und un günstigen Lichtverhältnissen der Fall sein.Both measurement methods can preferably be in egg Realize a measuring device, switching to the second procedure is performed when the first measurement exceptionally unsatisfactory procedures tet. This can e.g. B. at the limits of the measuring range unfavorable reflection properties of the object and un favorable lighting conditions.

Beide Verfahren zur Linearisierung des Ausgangssignals bezüglich der Entfernung setzen voraus, daß das reflek tierte Lichtbündel die Eigenschaft eines isotropen Strah lers hat, dessen abgestrahlte Leistungsdichte in jedem Raum winkelelement gleich ist. Das trifft näherungsweise für selbstleuchtende Lichtquellen, wie z. B. eine Glühbirne zu. Bei realen Oberflächen, die jedoch nur eingestrahltes Licht reflektieren, treten demgegenüber Abweichungen auf, verur sacht durch Glanzwinkeleffekte. Dies hat zur Folge, daß die Leistungsdichte statistischen Schwankungen bei Verlängerung des Raumwinkels unterworfen ist, aus denen Störungen des Meßergebnisses resultieren. Um solche Störungen zu vermei den, ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorge sehen, daß - wie aus der US-PS 43 91 515 an sich bekannt - der auf das Objekt auftreffende Lichtstrahl polarisiert ist und daß bei der Detektion der beiden Teilstrahlen der Po larisierungszustand des Lichtstrahls durch Filter eliminiert wird. Im einfachsten Fall wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine polarisiertes Licht aussendende Licht quelle verwendet. Alternativ liegt es im Rahmen der Erfin dung, im gemeinsamen Strahlungsweg der ausgesendeten und reflektierten Lichtbündel einen aus einem Linear- und Zir kularpolarisator bestehenden optischen Isolator anzuordnen.Both methods for linearizing the output signal with regard to the distance presuppose that the reflec the light beam has the property of an isotropic beam lers has its radiated power density in every room angle element is the same. This is approximately true for self-illuminating light sources, such as. B. a light bulb. With real surfaces, however, only irradiated light reflect, on the other hand deviations occur gentle due to glossy angle effects. As a result, the Power density statistical fluctuations on renewal is subjected to the solid angle, from which disturbances of the Result of measurement. To avoid such interference the, it is featured according to an embodiment of the invention see that - as known from US-PS 43 91 515 per se - the light beam striking the object is polarized and that in the detection of the two partial beams of the Po Larization state of the light beam eliminated by filters becomes. In the simplest case, according to further training the invention a polarized light emitting light source used. Alternatively, it is part of the Erfin in the common radiation path of the emitted and reflected light bundle one from a linear and Zir To arrange the polar polarizer existing optical isolator.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens bei der ein scharf gebündelter Licht strahl durch einen Kollimator erzeugt wird, dessen Stirn fläche eine verspiegelte Ablenkungsfläche für das vom Ob jekt reflektierte Lichtbündel aufweist, mit einem in der Strahlachse des abgelenkten reflektierten Lichtbündels ange ordneten Strahlteiler, einem ersten optischen Detektor in der optischen Achse des durchgehenden Teilstrahls und einem zweiten optischen Detektor in der optischen Achse des ab gelenkten Teilstrahls, wobei die, jeweils längs der op tischen Achsen gemessenen Abstände der Detektoren vom Strahl teiler unterschiedlich groß sind, und wobei die Stirnfläche des Kollimators zur eindimensio nalen Fokussierung des reflektierten abgelenkten Lichtbün dels einfach gekrümmt und als Spiegelfläche ausgebildet ist, und einer der Detektoren in der Fokallinie einer der Teilstrahlen angeordnet ist.The invention further relates to a device for through procedure in which a sharply focused light beam is generated by a collimator whose forehead area a mirrored deflection surface for that of the ob has reflected light bundles, with a in the Beam axis of the deflected reflected light beam is indicated arranged beam splitter, a first optical detector the optical axis of the continuous partial beam and one second optical detector in the optical axis of the directed partial beam, the, each along the op distances between the detectors and the beam dividers are of different sizes, and where the end face of the collimator for in-dimensioning nalen focusing of the reflected deflected light beam dels is simply curved and designed as a mirror surface, and one of the detectors in the focal line one of the Partial beams is arranged.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel dar stellt, sei die Erfindung näher beschrieben.Based on the drawing, which represents an embodiment represents, the invention is described in more detail.

Die einzige Figur zeigt schematisch den inneren optischen Aufbau einer Vorrichtung 10 zur Messung seines Abstandes von einem Objekt 12. Die Vorrichtung 10 enthält einen Kolli mator 14, dessen Lichtquelle 16, z. B. eine gepulste Laser diode, einen gebündelten Lichtstrahl 18 auf das Objekt 12 wirft. Dieser gebündelte Lichtstrahl 18 tritt durch eine im Mittelbereich der Stirnfläche des Kollimators 14 ange ordnete enge Öffnung aus, durchsetzt einen optischen Isolator 20 innerhalb der Vorrichtung 10, der aus einem Li near- und Zirkularpolarisator besteht. Der eng gebündelte Lichtstrahl 18 wird von der Oberfläche des Objektes 12 in Form eines Lichtbündels 22 reflektiert, das den optischen Isolator 20 durchsetzt und auf die Stirnfläche des Kolli mators 14 trifft. Diese Stirnfläche ist als einfach ge krümmte Spiegelfläche 24 ausgebildet, die das Lichtbündel 22 etwa rechtwinklig ablenkt und im Punkt 26 linienförmig fokussiert. Das von der Spiegelfläche 24 abgelenkte Licht bündel 28 trifft auf einen teildurchlässigen Strahlteiler 30, der einen durchgehenden Teilstrahl 32 und einen reflek tierten Teilstrahl 34 erzeugt. In den Strahlungswegen bei der Teilstrahlen 32, 34 ist jeweils ein optischer Detektor 36; 38 angeordnet. Die optischen Detektoren 36, 38 bestehen z. B. aus Fotodioden von - senkrecht zur Papierebene gemesse ner - langgestreckter Form. Der Detektor 36 im durchgehen den Teilstrahl 32 ist dicht hinter dem Strahlteiler 30 angeordnet, während der Detektor 38 vom Strahlteiler 30 einen größe ren Abstand hat. Es ist wichtig, daß die beiden Abstände der Detektoren 36, 38 vom Strahlteiler 30 unterschiedlich sind, da diese Abstandsdifferenz als Faktor bei der Entfer nungsmessung eingeht.The single figure shows schematically the internal optical structure of a device 10 for measuring its distance from an object 12 . The device 10 includes a colli mator 14 , the light source 16 , z. B. a pulsed laser diode, a bundled beam of light 18 throws onto the object 12 . This bundled light beam 18 exits through a narrow opening in the central region of the end face of the collimator 14 , passes through an optical isolator 20 within the device 10 , which consists of a linear and circular polarizer. The tightly focused light beam 18 is reflected from the surface of the object 12 in the form of a light beam 22 which passes through the optical isolator 20 and hits the end face of the collimator 14 . This end face is designed as a simply curved mirror surface 24 , which deflects the light beam 22 approximately at right angles and focuses linearly at point 26 . The light beam 28 deflected by the mirror surface 24 strikes a partially transmissive beam splitter 30 which generates a continuous partial beam 32 and a reflected partial beam 34 . In the radiation paths for the partial beams 32, 34 there is an optical detector 36; 38 arranged. The optical detectors 36, 38 consist, for. B. from photodiodes of - measured perpendicular to the paper plane ner - elongated shape. The detector 36 passing through the partial beam 32 is arranged close behind the beam splitter 30 , while the detector 38 has a larger distance from the beam splitter 30 . It is important that the two distances of the detectors 36, 38 from the beam splitter 30 are different, since this distance difference is a factor in the distance measurement.

Bezogen auf ein gestrichelt dargestelltes Lichtbündel 40 einer unendlich weit entfernten Lichtquelle hat die Spie gelfläche 24 eine Brennweite, die sich zusammensetzt aus dem Abstand des Punktes 42, in dem die optische Achse des vom Objekt 12 reflektierten Lichtbündels 22 die Spiegel fläche 24 schneidet, vom Punkt 44, in dem die optische Achse des reflektierten abgelenkten Strahls 28 auf den Strahl teiler 30 trifft und weiterhin dem Abstand dieses Punktes 44 vom Brennpunkt 46 des fokussierten Lichtbündels 40 der un endlich weit entfernten Lichtquelle und zwar in der optischen Achse des vom Strahlteiler 30 reflektierten Teilstrahls 34 gemessen. Da die Spiegelfläche 24 nur einfach gekrümmt ist, ihre Querschnittsform sich also senkrecht zur Papierebene nicht ändert, würde das von der unendlich weit entfernten Lichtquelle kommende Lichtbündel nicht im Brennpunkt 46 sondern längs einer diesen Punkt 46 enthaltenden, senkrecht zur Papierebene verlaufenden Fokallinie fokussiert werden. Der Detektor 38 wird nun auf der optischen Achse des vom Strahlteiler 30 reflektierten Teilstrahls 34 so angeordnet, daß er diese Fokallinie 46 enthält. Die Fokallinie 26 des tat sächlich vom Objekt 12 reflektierten, von der Spiegel fläche 24 abgelenkten und fokussierten und vom Strahltei ler 30 abgelenkten Teilstrahls 34 liegt hinter dem Detek tor 38.Based on a dashed light beam 40 of an infinitely distant light source, the mirror surface 24 has a focal length, which is composed of the distance of the point 42 at which the optical axis of the light beam 22 reflected by the object 12 intersects the mirror surface 24 from the point 44 , in which the optical axis of the reflected deflected beam 28 meets the beam splitter 30 and further the distance of this point 44 from the focal point 46 of the focused light bundle 40 of the light source which is finally far away, namely in the optical axis of the partial beam reflected by the beam splitter 30 34 measured. Since the mirror surface 24 is only simply curved, i.e. its cross-sectional shape does not change perpendicular to the paper plane, the light bundle coming from the infinitely distant light source would not be focused at the focal point 46 but along a focal line containing this point 46 and running perpendicular to the paper plane. The detector 38 is now arranged on the optical axis of the partial beam 34 reflected by the beam splitter 30 in such a way that it contains this focal line 46 . The focal line 26 of the actually reflected from the object 12 , from the mirror surface 24 deflected and focused and deflected by the beam splitter 30 partial beam 34 lies behind the detector 38 .

Die beiden Detektoren 36, 38 sind - senkrecht zur Papier ebene gemessen - mindestens so lang wie der senkrecht zur Papierebene gemessene Durchmesser des von der Spiegelflä che 24 abgelenkten Lichtbündels 28.The two detectors 36, 38 - measured perpendicular to the paper plane - are at least as long as the diameter of the light beam 28 deflected by the mirror surface 24 and measured perpendicular to the paper plane.

Aus der Linsengleichung und dem Strahlensatz läßt sich ab leiten, daß der Abstand der Spiegelfläche 24 vom Objekt 12 propotional ist zu dem Quotienten aus den Breiten der Strahlengänge an den Meßorten der beiden Detektoren 36 und 38. Dieser Quotient multipliziert mit einem geräteeigenen Faktor ergibt die gewünschte Entfernung. Da die Breiten der Strahlengänge umgekehrt proportional zu den Fotoströmen der Detektoren 36, 38 sind, läßt sich der zu messende Abstand zwi schen Punkt 42 der Spiegelfläche 24 und dem Objekt 12 mathe matisch folgendermaßen ausdrückenFrom the lens equation and the ray set it can be deduced that the distance of the mirror surface 24 from the object 12 is proportional to the quotient from the widths of the beam paths at the measuring locations of the two detectors 36 and 38 . This quotient multiplied by a device-specific factor gives the desired distance. Since the widths of the beam paths are inversely proportional to the photocurrents of the detectors 36, 38 , the distance to be measured between the point 42 of the mirror surface 24 and the object 12 can be mathematically expressed as follows

Abstand = (I ₃₈/I ₃₆) C ₁-C ₂.Distance = (I ₃₈ / I ₃₆ ) C ₁ - C ₂ .

Die beiden Konstanten C ₁ und C ₂ sind gerätespezifisch und sind ausschließlich abhängig von den in den optischen Achsen gemessenen Abständen der beiden Detektoren 36, 38 vom Punkt 42 der Spiegelfläche 24. Bezeichnet man den Abstand 42-44-46 mit a und den Abstand des Detektors 36 vom Punkt 42 mit b so errechnen sich die beiden Konstanten zuThe two constants C ₁ and C ₂ are device-specific and are exclusively dependent on the distances of the two detectors 36, 38 from the point 42 of the mirror surface 24 measured in the optical axes. If the distance 42-44-46 is designated by a and the distance of the detector 36 from point 42 by b , the two constants are calculated

C ₁ = a ²/(a - b) und C ₂ = ab/(a - b). C ₁ = a ² / (a - b) and C ₂ = ab / (a - b) .

Die Abhängigkeit des Abstandes von Punkt 42 der Spiegel fläche 24 vom Objekt 12 ist nur dann linear abhängig vom Quotienten der Fotoströme der Detektoren 38 und 36, wenn der weiter vom Strahlteiler 30 abliegende Detektor 38 genau in der Fokallinie 46 der Spiegelfläche 24 liegt. Der Quotient der beiden Fotoströme der Detektoren 38 und 36 kann digital oder analog berechnet werden. Noch einfacher ist es, den Fotostrom des Detektors 36 durch ein Regelsystem über den Strom der Lichtquelle 16 auf einen konstanten ent fernungsunabhängigen Wert zu stabilisieren. In diesem Fall ist die zu messende Entfernung eine lineare Funktion des Fotostroms des Detektors 38 allein und kann daher direkt über diesen Fotostrom nach Abzug einer Konstanten gemessen und angezeigt werden.The dependence of the distance from point 42 of the mirror surface 24 on the object 12 is only linearly dependent on the quotient of the photo currents of the detectors 38 and 36 if the detector 38 further away from the beam splitter 30 lies exactly in the focal line 46 of the mirror surface 24 . The quotient of the two photo streams of the detectors 38 and 36 can be calculated digitally or analog. It is even easier to stabilize the photocurrent of the detector 36 by means of a control system via the current of the light source 16 to a constant value independent of the distance. In this case, the distance to be measured is a linear function of the photocurrent of the detector 38 alone and can therefore be measured and displayed directly via this photocurrent after subtracting a constant.

Die Detektoren 36 und 38 sind nur schematisiert dargestellt. Sie messen nicht die zweidimensionale, flächenhafte Leucht dichte (W/cm²), sondern nur die Leuchtdichte in einer Koordinate (W/cm). Das wird durch Integration der Leuchtdichte über eine Koordinate erreicht, indem sich die Auswertung in dieser Ko ordinate über den vollen, maximal auftretenden Strahldurch messer erstreckt und in der anderen senkrecht dazustehenden Koordinate nur über einen geringen Bereich im Zentrum des Lichtbündels, der immer kleiner ist als der Strahldurch messer in dieser Achse. Die integrierende Koordinate liegt senkrecht zur Ebene der Figur.The detectors 36 and 38 are only shown schematically. They do not measure the two-dimensional, areal luminance (W / cm ² ), but only the luminance in one coordinate (W / cm). This is achieved by integrating the luminance over a coordinate, in that the evaluation in this coordinate extends over the full, maximum beam diameter occurring and in the other perpendicular coordinate only over a small area in the center of the light beam, which is always smaller than the beam diameter in this axis. The integrating coordinate is perpendicular to the plane of the figure.

Bei der Ableitung der vorstehenden Gleichungen wurden ei nige vereinfachende Annahmen gemacht, nämlich die Vernach lässigung der endlichen Breite der Detektoren und die Ver nachlässigung von Breite und Divergenz des Lichtbündels der Lichtquelle 16. Daraus resultiert in Wirklichkeit eine geringfügige Abweichung von der perfekten Linearität, die jedoch weniger als 2% innerhalb des zur Verfügung stehen den Meßbereichs ausmacht. Dieser Wert kann jedoch unter 1 reduziert werden durch Defokussierung von Detektor 38 um etwa 1% der Fokallänge und gleichzeitiger Optimierung des Abstandes des Detektors 36 vom Punkt 42.In deriving the above equations, some simplifying assumptions have been made, namely neglecting the finite width of the detectors and neglecting the width and divergence of the light beam of the light source 16 . In reality, this results in a slight deviation from the perfect linearity, which however is less than 2% within the available measuring range. However, this value can be reduced below 1 by defocusing detector 38 by approximately 1% of the focal length and at the same time optimizing the distance of detector 36 from point 42 .

Jeder der Detektoren 36, 38 wird vorzugsweise als Fotodiode mit integrierter Zylinderlinse realisiert.Each of the detectors 36, 38 is preferably implemented as a photodiode with an integrated cylindrical lens.

Claims

1. A method for optical distance measurement between a measuring device and an object in which a light beam is thrown from the measuring device onto the object by a light source, the light bundle reflected from the object is focused in an optical system of the measuring device and in front of the focal plane by a beam splitter two partial beams is broken down, the radiation intensities are measured by means of two optoelectronic detectors in the common optical axis but at different distances from the beam splitter ge and the quotient of the detector currents is evaluated as a function of the distance to be measured, characterized in that the light source has a sharply focused light beam generates that the reflected light bundle is one-dimensionally focused in the optical system and that the measurement of the radiation intensity of a partial beam takes place in its focal line, which is based on the focal length of the optical system with respect to a ref selected light beam is defined.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the radiation intensity measurement in the Fokalli never of the partial beam is made whose Detector from the beam splitter has the greater distance.

3. Method for optical distance measurement between a measuring device and an object in which a Light source a beam of light from the meter on the Ob thrown, the light beam reflected by the object focused in an optical system of the measuring device and in front of the focal plane by a beam splitter in is broken down into two partial beams, the radiation inks with two optoelectronic detectors in the common optical axis but in under at different distances from the beam splitter the and the quotient of the detector currents as a function the distance to be measured is evaluated, in particular special according to claim 1, characterized in that the light intensity of the light source depending on the distance of the measuring device from the object it is regulated that the photo stream is one of the two detectors used for distance measurement con remains constant and that the farther from the beam splitter detector lying on the optical axis at a distance is equal to the focal length of the optical system.

4. The method according to claim 3, characterized in that the photocurrent of the detector closer to the beam splitter tors is kept at a constant value.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that spewed for suppression fading reflexes the light hitting the object beam polarized and in the detection of the two Partial beams the state of polarization of the light beam is eliminated by filters.

6. The method according to claim 5, characterized in that use a polarized light source det.

7. The method according to claim 5, characterized in that in the common radiation path of the emitted and right reflected light bundles from a linear and zir kularpolarierer existing optical isolator is arranged.

8. An apparatus for performing the method according to one or more of claims 1 to 7, in which a sharply focused light beam is generated by a collimator, the end face of which has a mirrored deflection surface for the light beam reflected by the object, with one in the beam axis of the deflected re reflected light beam arranged beam splitter, a first optical detector in the optical axis of the continuous partial beam and a second optical detector in the optical axis of the deflected partial beam, the distances of the detectors of the detectors from the beam splitter measured along the optical axes being different , characterized in that the end face of the collimator ( 14 ) for one-dimensional focusing of the reflected deflected light beam ( 28 ) is simply curved and designed as a mirror surface ( 24 ), and that one ( 38 ) of the detectors ( 36, 38 ) in the focal line ( 46 ) one ( 34 ) the partial beam en ( 32, 34 ) is arranged.

9. The device according to claim 8, characterized in that each detector ( 36, 38 ) has an elongated shape, the longitudinal extent of which is at least equal to the large diameter of the respective partial beam ( 32, 34 ) occurring there.

10. The device according to claim 8, characterized in that in each detector ( 36, 38 ) a cylindrical lens is integrated, the length of which is at least equal to the largest diameter occurring there of the respective partial beam ( 32, 34 ).