DE3904634A1

DE3904634A1 - Faseroptischer scanner

Info

Publication number: DE3904634A1
Application number: DE3904634A
Authority: DE
Inventors: Guenter Prof Dr Ing Kompa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-23
Filing date: 1989-02-16
Publication date: 1990-08-23

Description

Fahrerlose Transportsysteme als Mittel zur Materialfluß-Automatisierung benötigen Sensorsysteme zur genauen Navigation. Ultraschall-Sensoren werden dabei bevorzugt im Nahbereich als Abstandssensoren eingesetzt. Zur Über wachung des Fernbereichs sind insbesondere Laser-Radarsensoren geeignet, da sie eine hohe laterale und radiale Meßgenauigkeit beinhalten. Ist über eine Lichtumlenkeinheit, im folgenden Scanner genannt, der Laserstrahl auslenkbar, so besteht die Möglichkeit, Entfernungsbilder von der Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, die eine Orientierung ermöglichen. Bekannte Ausführungen ver wenden beispielsweise einen Drehspiegel als Lichtumlenkeinheit, wie dem Firmenprospekt ATS500 der Firma Autonomie Roboter GmbH zu entnehmen ist. Rotierende Spiegel unterliegen einem Verschleißprozeß, so daß sie nach gewisser Zeit zum "Flattern" neigen, wodurch eine einwandfreie Führung des Spiegels und damit eine reproduzierbare Auslenkung des Lichtstrahls nicht mehr gewährleistet ist.

Laserradarsysteme werden weiterhin auf größere Entfernungen bis zu 100 m als Kfz-Abstandswarnradar eingesetzt. (Lit.: Hiroshi Kawata, Hiroshi Endo, Yoshiyuki Eto; Nissan Motor Co., Ltd.; "A study of laser radar" - The Tenth Inter national Technical Conference on Experimental Safety Vehicles, July 1-2, 1985, Oxford, England). Bei einer statischen Anordnung der Richtcharakteristik eines Laserradars besteht insbesondere bei engen Kurvenfahrten die Gefahr, daß der Laserstrahl den zu kontrollierenden Sicherheitsbereich verläßt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtstrahlablenkeinheit vorzugsweise für optische Radarsensoren zu schaffen, die sich durch einen außerordentlich geringen technischen Aufwand auszeichnet und insbesondere keinem Verschleißprozeß unterworfen ist. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß vorzugsweise die Lichtleitfasern zum Senden und Empfangen der optischen Radarsignale an ein mechanisches Schwingungssystem zur Schwingungsstabili sierung angekoppelt wird.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen faseroptischen Scanners.

Fig. 2 eine erweiterte Ausführungsform des erfindungsgemäßen faseroptischen Scanners für radartechnische Anwendungen.

Fig. 3 eine mögliche mikromechanische Ausführungsform eines für Radarzwecke geeigneten Scanners.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des faseroptischen Scanners, bei der die optische Faser 1 an ein mechanisches Schwingungssystem, das vorzugsweise als Federzunge 2 ausgebildet ist, angekoppelt ist. Die mechanische Ankopplung erfolgt teilweise oder über die gesamte Länge der Federzunge beispielsweise durch Klebung. Das angekoppelte Schwingungssystem weist eine Querschnitts struktur mit bevorzugten Schwingungsebenen vor. Bei einer der Erfindung zu grundeliegenden Ausführungsform ist der Querschnitt rechteckförmig, so daß Schwingungen in z-Richtung praktisch unterdrückt werden und die optische Faser nur noch in der xy-Ebene ausgelenkt wird. Die mechanische Ankopplung der Lichtleitfaser 1 an die Federzunge 2 hat den Vorteil, daß das gekoppelte Schwingungssystem ausschließlich über die Federzunge fest eingespannt ist. Die Lichtleitfaser kann spannungsfrei über eine Durchführung die Einspannung 3 passieren, wodurch ein Quetschen oder Bruch der Faser vermieden wird.

Die Federzunge kann mit einem magnetisierbaren Belag versehen sein, so daß eine Schwingungsanregung über einen elektromagnetischen Antrieb erfolgen kann. Vorteilhafter ist es, wenn die Federzunge aufgrund ihrer magnetischen Eigen schaften direkt über ein magnetisches Wechselfeld in Schwingungen versetzt werden kann. Ebenso ist eine statische laterale Auslenkung über eine magnetostatische Erregung möglich.

Bei nicht allzu großen Auslenkungen ist die Ankopplung einer Lichtleitfaser an einen piezoelektrischen Biegeschwinger vorteilhaft, da das anregende System und das Schwingungssystem eine kompakte Einheit bilden.

Die Anordnung nach Fig. 1 kann in integrierter Optik aufgebaut sein. Mögliche Wellenleiterkonfigurationen werden beispielsweise in Meinke, Gundlach: Taschen buch der Hochfrequenztechnik, 4. Auflage (Herausgeber K. Lange, K.-H. Löcherer), Kapitel 5.3, beschrieben. Dabei werden Lichtwellenleiter beispielsweise über Aufdampf- und Sputterprozesse unmittelbar auf den schwingenden Grund körper 2 aufgebracht. Derartige Realisierungstechnologien beinhalten eine hohe Reproduzierbarkeit und die Möglichkeit eines mikromechanischen Aufbaus.

Zum Aufbau aktiver Systeme beispielsweise zur Konturvermessung nach dem Radarprinzip wird vorzugsweise eine weitere optische Faser als Empfänger des am Meßobjekt reflektierten Signals benötigt. Die bereits beschriebene Anordnung in Fig. 1 wird in diesem Fall dahingehend erweitert, daß eine zweite Faser 1 b benachbart zur ersten Faser 1 a angeordnet wird. Die Lage beider Fasern zuein ander kann unilateral, bilateral oder antipodal sein. Bei mitschwingender integrierter Sende-/Empfangsoptik gem. Fig. 2 wird die Miniatur-Sendeoptik 4 a sowie die Empfangsoptik 4 b vorzugsweise in die Symmetrieachse des schwingen den Grundkörpers 2 montiert und die Lichtleitfaser in geeigneter Weise heraus geführt. Als Miniatur-Sendeoptik sind beispielsweise SELFOC-Linsen geeignet. Bei größeren Meßentfernungen können größere Empfangsaperturen erforderlich sein, so daß eine Montage der Empfangsoptik auf dem Biegeschwinger nicht möglich ist. In diesem Fall schwingen die Faserenden in der Fokusebene einer ruhenden Sende-/Empfangslinse.

Fig. 3 zeigt die prinzipielle mikromechanische Ausführung eines nach dem Radarprinzip arbeitenden faseroptischen Scanners. Der schwingende Grundkörper ist so ausgeführt, daß der Abstand zwischen den optischen Achsen der Sende- und Empfangsfaser mindestens in der Lichtaustrittsebene minimal wird. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt in der optischen Entkopplung beider Faserenden. Über eine in die Federzunge eingefräste Nut 5 werden die optischen Fasern positioniert. Die Nut kann durchgehend oder gem. Fig. 3 nur im Bereich des Faserendes ausgeführt sein.

Claims

1. Faseroptischer Scanner, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtleitfaser an ein mechanisches Schwingungssystem 2 gekoppelt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungs system 2 vorzugsweise als einseitig fest eingespannte Federzunge ausgebildet ist.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzunge vorzugsweise vollständig aus magnetisierbarem Werkstoff besteht.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzunge 2 als piezoelektrischer Biegeschwinger ausgebildet ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser in integrierter Optik als Schichtwellenleiter auf der Federzunge hergestellt sind.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingende Grundkörper 2 mindestens eine optische Faser als Sendefaser und mindestens eine optische Faser als Empfangsfaser aufnimmt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Fasern unilateral, bilateral oder antipodal zueinander angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsoptik 4 a, b vorzugsweise in der Symmetrieachse des schwingenden Grundkörpers 2 normal zur Schwingungsebene angeordnet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsfaser 1 a, b vorzugsweise in der Symmetrieebene des schwingenden Grundkörpers 2 in der Schwingungsebene angeordnet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der optischen Achsen beider Fasern über eine Nut 5 minimal ist.