DE4345446C2 - Laserabstandsermittlungsvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Laserabstandsermittlungsvorrich
tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Laserabstandsermittlungsvorrichtung ist aus
der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 08 972 A1 bekannt.
Diese Offenlegungsschrift betrifft eine Vorrichtung zur
kontinuierlichen Verfolgung und Positionsmessung eines
Objektes in einem dreidimensionalen Raum. Zu diesem Zweck
sind zwei Lichtsender vorgesehen, welche jeweils Licht
striche aussenden, die in einer Richtung auseinandergezogen
und in einer senkrecht dazu verlaufenden Richtung schmal
ausgebildet sind. Die beiden von den Lichtsendern ausge
sandten Lichtstriche verlaufen vertikal zueinander. Beide
Lichtstriche werden durch jeweils eine Ablenkvorrichtung in
einer zu ihrer Längserstreckung vertikalen Richtung perio
disch abgelenkt, so daß beide Lichtstriche ein gemeinsames
Suchfeld überstreichen. Die Ablenkvorrichtungen umfassen
jeweils eine rotierende, transparente Planplatte, welche
gemäß den allgemeinen bekannten optischen Gesetzen je nach
ihrer Winkelstellung einen unterschiedlichen Parallelversatz
zwischen eintretendem und austretendem Licht bewirkt. Wenn
sich ein Objekt im Suchfeld befindet, reflektiert dieses das
ausgesandte Licht zu der Meßvorrichtung zurück, wo es über
ein Objektiv einem Empfänger zugeführt wird. Aus der Licht
laufzeit zwischen der Meßvorrichtung und dem reflektierenden
Objekt wird der Abstand zwischen Meßvorrichtung und Objekt
berechnet. Die Winkelposition des Objektes wird aus der
momentanen Winkelstellung der beiden rotierenden Planplatten
ermittelt. Sobald ein Objekt detektiert und dessen Position
ermittelt wurde, wird eine Nachführvorrichtung aktiviert,
welche die Meßvorrichtung auf das detektierte Objekt aus
richtet.
Aus dem US-Patent 4 475 035 ist eine Vorrichtung bekannt,
mittels welcher die Oberfläche eines Objektes abgetastet wer
den kann, wobei das Objekt in konstantem Abstand zur Vorrich
tung entlang einer vorgegebenen Bahn auf einem Förderband
transportiert wird. Dabei kann die Intensität des von der
abzutastenden Oberfläche reflektierten Lichts ausgewertet
oder der Abstand der abzutastenden Oberfläche von der
Vorrichtung mittels eines Laserabstandsermittlungssystems
bestimmt werden.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 23 281 A1 ist
ein Schmutzsensor für Kraftfahrzeug-Scheiben, insbesondere
für Kraftfahrzeug-Scheinwerfer bekannt, welcher mit einer in
einem bestimmten Bereich der jeweiligen Scheibe angeordneten
Reflexionslichtschranke arbeitet. Die zur Messung der Ver
schmutzung geeignete Reflexionslichtschranke deckt dabei auf
nachteilige Weise einen bestimmten Bereich der jeweiligen
Scheibe ab, so daß dieser Bereich beispielsweise nicht zur
Ausstrahlung von Scheinwerfer-Licht genutzt werden kann.
Bei dem zumindest gemäß internem Stand der Technik der Anmel
derin bekannten und auf dem Prinzip der Nutzlicht-Rückstreu
ung basierenden Verfahren zur Verschmutzungsmessung wird
Nutzlicht durch eine Scheibe abgestrahlt und der aufgrund
von Verschmutzungen der Scheibe zurückgestreute Anteil des
Nutzlichts quantitativ erfaßt. Dieses Verfahren ist mit dem
Nachteil behaftet, daß auf der Scheibe befindliche Schmutz
partikel unterschiedliche Reflektivitäten aufweisen können,
so daß beispielsweise in geringem Maße vorhandener weißer
Staub zu dem gleichen Ergebnis führen kann wie in hohem Maße
vorhandener schwarzer Staub. Durch die Ermittlung der Nutz
licht-Rückstreuung kann somit nicht ermittelt werden, in
welcher Weise die vorhandene Verschmutzung tatsächlich die
Aussendung des Nutzlichts durch die zu überwachende Scheibe
behindert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubil
den, daß negative Auswirkungen von Verschmutzungen der Front
scheibe vermieden werden können, wobei insbesondere Ver
schmutzungen zuverlässig erkannt werden sollen und die Front
scheibe nicht durch Einrichtungen zur Verschmutzungsmessung
bereichsweise verdeckt werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeich
nenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Die Erfindung schafft somit ein Laserradar, mittels dessen
nicht nur der Abstand von vom Impulslicht getroffenen Gegen
ständen von der Vorrichtung bestimmt werden kann, sondern
auch der Winkel, unter dem das Objekt relativ zu irgendeiner
Basisrichtung im Raum angeordnet ist, wobei Verschmutzungen
der Frontscheibe mittels einer Mehrzahl von Lichtschranken
strahlen überwacht und erkannt werden können.
Zur selbsttätigen Erkennung von gefährlichen Verschmutzungen
der Frontscheibe und zur Abgabe eines Verschmutzungs- oder
Fehlersignals im Falle einer übermäßigen Verschmutzung kann
die Vorrichtung zweckmäßig nach den Ansprüchen 2 oder 3 aus
gebildet sein. Das Schrägstellen des Hauptteils der Front
scheibe dient dabei gleichzeitig dem Wegspiegeln des Schei
benoberflächenreflexes.
Aufgrund der Ausführung nach den Ansprüchen 4 oder 5 können
auch Verschmutzungen in Form eines Flüssigkeits-, insbe
sondere Ölfilms auf der Frontscheibe, die an sich den Licht
durchgang nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen, ein
Verschmutzungssignal auslösen, indem die Eigenschaft solcher
Filme ausgenutzt wird, daß sie eine glatte Oberfläche auch
dann bilden, wenn sie auf einen rauhen Untergrund aufge
bracht werden. Aufgrund sicherheitstechnischer Anforderungen
sollen mindestens zwei Ölmeßkanäle vorgesehen werden, um
auch den Fall, daß einer der Lichtsender oder Lichtempfänger
ausfällt, in der Auswerteelektronik erfassen zu können.
Bevorzugt ist die Frontscheibe entsprechend der Abtastung
gekrümmt.
Bevorzugte Dimensionierungen des Laserradars sind durch die
Patentansprüche 8 bis 11 definiert.
Durch das Ausführungsbeispiel nach Anspruch 10 wird er
reicht, daß in 50 bis 150 und insbesondere 100 µs ein Winkel
bereich von etwa 1° durch die Lichtablenkvorrichtung über
strichen wird.
Wenn andererseits nach Anspruch 11 etwa alle 50 µs ein Licht
impuls kurzer Dauer ausgesendet wird, so bedeutet dies, daß
etwa alle 1/2° ein Lichtimpuls ausgesendet wird oder bei
einem Gesamtabtastbereich von 180° 360 Impulse. Dies reicht
für eine im Sicherheitsbereich erforderliche Winkelauflösung
vollständig aus.
Die zwischen zwei ausgesandten Lichtimpulsen liegende Zeit
von etwa 50 µs wird für weiter unten beschriebene Tests ge
nutzt.
Von besonderem Vorteil sind die Ausführungsformen nach den
Ansprüchen 12 bis 28, denn hierdurch wird auf eine baulich
kompakte und optisch sehr effektive Weise eine Abtastung
eines gewünschten Raumbereiches gewährleistet, wobei der
Abtastwinkel bis 360° gehen kann, normalerweise jedoch nur
180° beträgt.
Von besonderem Vorteil ist dabei die konzentrische Ausbil
dung von Sende- und Empfangs-Impulslichtbündeln nach den
Ansprüchen 17 und 18. Hierdurch wird insbesondere eine saube
re geometrische Strahltrennung sowie Empfindlichkeit im Nah
bereich erzielt.
Die Drehzahlen nach Anspruch 27 sind besonders vorteilhaft,
weil hierdurch im Zusammenhang mit den verwendeten Impuls
folgefrequenzen eine ausreichende winkelmäßige und zeitliche
Auflösung erzielt wird.
Im Zusammenhang mit den folgenden Ausführungsformen ist die
Verwendung eines Computers gemäß Anspruch 29 von großer Be
deutung. Hierdurch können insbesondere die verschiedenen
Selbstüberwachungsfunktionen des Systems wahrgenommen wer
den.
Die Weiterbildungen der Erfindung nach den Ansprüchen 30 und
31 gewährleisten eine für die vorgesehenen Überwachungs
zwecke voll ausreichende Abstandsauflösung in der Größenord
nung von 5 cm/Bit, wobei ein Bit durch eine oder eine halbe
Periode der Taktfrequenz definiert ist.
Die an sich durch die Taktfrequenz gegebene Auflösung kann
durch die Ausführungsform nach Anspruch 32 und 33 halbiert
werden.
Von besonderem Vorteil ist jedoch, daß durch die Verwendung
von zwei parallel geschalteten Einzelzählern eine Fehlerüber
wachung gemäß den Ansprüchen 34 bis 36 durchgeführt werden
kann.
Ein weiterer Fehlertest, der insbesondere beim Ausführungs
beispiel nach Anspruch 36 zusätzlich herangezogen wird, ist
im Anspruch 37 definiert.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn nach den Ansprüchen 38 bis
41 auch der Rauschpegel, dem das Nutz-Impulssignal über
lagert ist, berücksichtigt wird, da sowohl die Helligkeit in
den überwachten Räumen als auch der Reflexionsgrad der über
wachten Gegenstände stark schwanken können.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist durch Anspruch
43 gekennzeichnet. Insbesondere durch diese Weiterbildung
der Erfindung kann eine Meßgenauigkeit bis zu 5 cm/Bit er
reicht werden.
Durch das Ausführungsbeispiel nach Anspruch 44 können Fehler
im Sende- und Empfangssystem der Vorrichtung ermittelt wer
den.
Die Weiterbildung nach Anspruch 45 ermöglicht es außerdem,
die einwandfreie Funktion der vorzugsweise verwendeten
Lawinen-Empfangsdiode zu überprüfen.
Über ein gemäß Anspruch 46 vorgesehenes Interface können
alle gewünschten Navigations- und Fehlersignale in geeigne
ter Weise umgewandelt und abgerufen werden.
Vorteilhafte Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entnimmt man dem Anspruch 47.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Laserradarvor
richtung besteht darin, daß sie gegen jedweden Systemfehler
abgesichert ist. Dies gilt sowohl für Fehler im optischen
Bereich als auch in der Auswerteelektronik.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Laserradars,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Drehspiegel
nach Fig. 1 und den Abtastwinkelbereich,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Laser
radars,
Fig. 4 einen detaillierteren Querschnitt des Laserradars
nach Fig. 1,
Fig. 5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäß bevorzugt
verwendeten Zählers mit den daran angeschlossenen
Komponenten,
Fig. 6 ein Signalspannungs-Zeitdiagramm verschieden starker
Licht-Empfangslichtimpulse,
Fig. 7 eine Ansicht analog Fig. 1 in einer um 90° verdreh
ten Position des Drehspiegels zur Veranschaulichung
der Funktion eines in den Strahlengang eingebrachten
Testkörpers,
Fig. 8 eine zur Fig. 7 analoge Ansicht, wobei eine Leucht
diode zur Testung des Empfangssystems gezeigt ist,
Fig. 9 einen schematischen Schnitt durch die Frontscheibe
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine der
Verschmutzungsüberwachung dienende Lichtschranken
anordnung mit dem zugehörigen Blockschaltbild und die
Fig. 10 bis 14 schematische Draufsichten verschiedener
Anwendungen des erfindungsgemäßen Laserradars.
Nach Fig. 1 treibt ein Motor 31 einen horizontalen Drehtel
ler 28 zu einer kontinuierlichen Umlaufbewegung um eine ver
tikale Achse 17 an. Am Umfang des Drehtellers 28 befindet
sich ein Winkelgeber 29, der als Gabellichtschranke ausgebil
det ist und über eine Leitung 32 (siehe auch Fig. 3) an eine
Steuerstufe 40 innerhalb der zugehörigen Auswerteschaltung
angeschlossen ist.
Auf dem Drehteller 28 ist ein Kreiszylinderkörper 27 so ange
ordnet, daß seine als Drehspiegel 16 ausgebildete obere
Stirnfläche unter einem Winkel von 45° zur Drehachse 17 ange
ordnet ist. Der Drehspiegel 16 kann in nicht dargestellter
Weise auch an einer Spiegelplatte ausgebildet sein, die über
einen Spiegelträger auf dem Drehteller 28 befestigt ist.
Oberhalb des Drehspiegels 16 befindet sich ein wesentlich
schmaler ausgebildeter, ebenfalls planer Umlenkspiegel 19,
dessen Spiegelfläche einen Winkel von 45° zur Drehachse 17
aufweist und auch als Kreiszylinderkörper realisiert sein
kann. Nach Fig. 4 ist auch der Umlenkspiegel 19 als ebene
Spiegelplatte ausgebildet. Ein zentraler Bereich 24 des
Umlenkspiegels 19 empfängt Licht eines Impulslasers 11 über
eine Sendelinse 33 und den Umlenkspiegel 19. Das zunächst
horizontale Lichtbündel wird am Umlenkspiegel 19 nach unten
umgelenkt, um dann vom Drehspiegel 16 in eine horizontale
Richtung zur Frontscheibe 41 der Vorrichtung umgelenkt zu
werden. Von dort gelangt das Sendelichtbündel 21 in den Meß
bereich 13, in dem beispielsweise ein lichtreflektierendes
Objekt 14 angenommen ist, von dem Streulicht als Empfangs
lichtbündel 20 durch die Frontscheibe 41 im Sinne eines
Autokollimationsstrahlenganges zurück zum Drehspiegel 16
gelangt. Das Empfangslicht 20 trifft seitlich des zentralen
Bereiches 24, auf den das Sendelicht 21 und insbesondere der
Mitteleinfallslichtstrahl 18 auftreffen, auf einen Ring
bereich 47 des Drehspiegels 16, um am Umlenkspiegel 19
vorbei zu einem Interferenzfilter 26 reflektiert zu werden,
hinter dem sich eine Empfängerlinse 25 befindet, die
Bereiche 25', 25'' unterschiedlicher Brennweite aufweist, um
auch sehr nah an der Vorrichtung angeordnete Objekte einwand
frei erkennen zu können.
Die Empfängerlinse 25 konzentriert das Empfangslicht auf
einem Photoempfänger 23 und bildet zusammen mit dem Photo
empfänger 23 eine Photoempfangsanordnung 22. Der Drehspiegel
16, der Drehteller 28 und der Motor 31 stellen zusammen eine
Lichtablenkvorrichtung 15 dar, die die Sende-Impulslichtbün
del 21 und Empfangs-Impulslichtbündel 20 um die Achse 17
herum rotieren läßt. Auf diese Weise kann ein Abtastwinkel
bereich von bis zu 360° realisiert werden. Nach den Fig. 2
und 5 erstreckt sich jedoch die Frontscheibe 41 nur über
einen Winkel von etwa 180°, was z. B. für die vollständige
Überwachung des vor einem Fahrzeug befindlichen Bereichs
ausreichend ist. In Fig. 2 sind außer der Draufsicht nach
Fig. 1 auch noch zwei weitere Winkelpositionen des Drehspie
gels 16 und des Sende-Impulslichtbündels 21 veranschaulicht.
Das eine Winkelabtastung durchführende Sende-Impulslicht
bündel 21 definiert eine Abtastebene 53. Der maximale Abtast
winkelbereich 54 erstreckt sich nach Fig. 2 über 180°.
Nach Fig. 3 veranlaßt die Steuerstufe 40 über Leitungen 42,
43 den Impulslaser 11 zur Abgabe von Lichtimpulsen von einer
Dauer von 3 bis 4 Nanosekunden sowie den Umlauf der Licht
ablenkvorrichtung 15 mit einer Drehzahl von 1500 UpM. Über
die Leitung 32 wird der Steuerstufe 40 vom Winkelgeber 29 in
jedem Augenblick die Winkelposition der Lichtablenkvorrich
tung 15 mitgeteilt.
Über die Sendelinse 33 und die Spiegel 19, 16 (Fig. 1, 4) wer
den Lichtimpulse 12 in den Meßbereich 13 geschickt. Sie wer
den nach einer Laufzeit t als Empfangsimpulse 12' (Fig. 3)
von der Photoempfangsanordnung 22 empfangen. Der Photoempfän
ger 23, insbesondere eine Lawinendiode bildet daraus ein ent
sprechendes elektrisches Signal, welches über einen Kompara
tor 34 an einen von einem Frequenzgenerator 52 getakteten
Zähler 30 angelegt ist. Dem Referenzeingang 35 des Kompara
tors 34 ist der Ausgang eines Rauschpegelmessers 36 zuge
führt, dessen Eingang ebenfalls an den Ausgang der Photo
empfangsanordnung 22 angeschlossen ist. Über eine Leitung 44
meldet der Rauschpegelmesser 36 den jeweils vorliegenden
Rauschpegel auch einem Computer 38.
Das Ausgangssignal des Photoempfängers 23 ist außerdem dem
Eingang eines Spitzenwertdetektors 37 zugeführt, dessen Aus
gang ebenfalls an den Computer 38 angelegt ist.
Vom Impulslaser 11 führt eine Steuerleitung 45 zum Zähler
30, um diesen jeweils bei Aussendung eines Lichtimpulses
anzustoßen. Sobald der Lichtimpuls 12' von der Photoempfangs
anordnung 22 empfangen wird, wird der Zähler 30 aufgrund des
Anschlusses der Photoempfangsanordnung 22 über den Kompara
tor 34 angehalten. Das Zählergebnis wird dann über die
Steuerleitung 46 dem Computer 38 mitgeteilt. Dieser ermit
telt daraus die Laufzeit t und berechnet den Abstand d des
Objektes 14 nach der Formel
d = c.t/2 (1)
wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
Da dem Computer 38 über die Leitung 32 und die Steuerstufe
40 die momentane Winkelposition der Lichtablenkvorrichtung
15 bekannt ist, kann nunmehr eine Information über die
Polarkoordinaten des Gegenstandes 14 an das Interface 39
weitergegeben werden, wo diese zur weiteren Nutzung z. B. als
Navigationssignal oder Fehlersignal zur Verfügung steht.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie
folgt:
Bei durch den Motor 31 zu einer stetigen Drehbewegung ange triebenen Drehspiegel 16 veranlaßt die Steuerstufe 40 den Impulslaser 11 einen Lichtimpuls 12 von 3,5 Nanosekunden Dauer abzugeben. Über die Lichtablenkvorrichtung 15 wird der Lichtimpuls 12 in den Meßbereich 13 geschickt und gemäß Fig. 1 von einem Objekt 14, welches in Fig. 3 nur gestrichelt angedeutet ist, reflektiert, so daß schließlich ein Empfangs impuls 12' in die Empfangsanordnung 22 gelangt. Auf diese Weise erreicht das Licht nach einer Lichtlaufzeit von 2.d/c (wobei d der Abstand des Objektes 14 von der Vorrichtung und c die Lichtgeschwindigkeit ist) die Photoempfangsanordnung 22.
Bei durch den Motor 31 zu einer stetigen Drehbewegung ange triebenen Drehspiegel 16 veranlaßt die Steuerstufe 40 den Impulslaser 11 einen Lichtimpuls 12 von 3,5 Nanosekunden Dauer abzugeben. Über die Lichtablenkvorrichtung 15 wird der Lichtimpuls 12 in den Meßbereich 13 geschickt und gemäß Fig. 1 von einem Objekt 14, welches in Fig. 3 nur gestrichelt angedeutet ist, reflektiert, so daß schließlich ein Empfangs impuls 12' in die Empfangsanordnung 22 gelangt. Auf diese Weise erreicht das Licht nach einer Lichtlaufzeit von 2.d/c (wobei d der Abstand des Objektes 14 von der Vorrichtung und c die Lichtgeschwindigkeit ist) die Photoempfangsanordnung 22.
Die Zeit t zwischen dem Aussenden und Empfangen des Licht
impulses wird mit Hilfe des Zeitintervall-Zählers 30 gemes
sen. Beim Aussenden des Lichtimpulses 12 wird der Zähler
über die Steuerleitung 45 angestoßen und beim Empfangen des
über den Meßbereich 13 hin- und hergegangenen Lichtimpulses
12' durch den Photoempfänger 23 über den Komparator 34 wie
der angehalten. Bei einer zeitlichen Auflösung des Zählers
von 330 ps ergibt sich eine Entfernungsmeßgenauigkeit von
5 cm.
Die Aufgabe des Rauschpegelmessers 36 besteht darin, die
Detektionsschwelle in Abhängigkeit vom Empfängerrauschpegel
nachzuführen. Diese Nachführung stellt eine konstante
Falschalarmrate bei veränderlichen Beleuchtungssituationen
und Objekt-Reflexionsfaktoren sicher. Der Rauschpegelmesser
36 stellt am Referenzeingang 35 des Komparators 34 eine
Triggerschwelle zur Verfügung, die dafür sorgt, daß z. B. nur
solche empfangenen Lichtimpulse 12' ein Zählersignal am
Komparator 34 auslösen, welches siebenmal so groß wie der
kurz vor dem Erscheinen des Lichtimpulses 12' vorhandene
Rauschpegel ist. Der Rauschpegelmesser 36 bildet ständig
einen Mittelwert des empfangenen Signals über eine Zeit, die
sehr viel größer ist als die Länge eines einzelnen Licht
impulses. Die Mittelwertbildungszeit ist jedoch deutlich
kleiner als der beispielsweise 50 µs betragende zeitliche
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sende-Lichtimpul
sen 12. Auf diese Weise haben die Meß-Sende-Lichtimpulse 12
keinen Einfluß auf den Mittelwert, und beim Erscheinen eines
Empfangs-Lichtimpulses 12' am Eingang des Komparators 34
stellt der Rauschpegelmesser 36 am Referenzeingang 35 eine
Triggerschwelle zur Verfügung, die - multipliziert mit einem
Faktor von z. B. sieben - repräsentativ für den unmittelbar
vor dem Eintreffen des Empfangs-Lichtimpulses 12' vorhande
nen statistisch maximalen Rauschpegel ist.
Die Aufgabe des Spitzenwertdetektors 37, der aus einer Kette
von schnellen ECL-Komparatoren mit Selbsthaltung aufgebaut
ist, ist die Generierung von Korrekturwerten zur Kompensa
tion der infolge Signaldynamik auftretenden Zeitmeßfehler,
was im folgenden anhand von Fig. 6 erläutert wird. In Fig. 6
sind drei verschiedene an der Photoempfangsanordnung 22 nach
Fig. 3 ankommende Lichtempfangsimpulse 12' dargestellt, wel
che eine maximale Signalspannung von 80, 81 bzw. 82 errei
chen. Aufgrund eines entsprechend niedrigen Rauschpegels
überschreiten sämtliche Empfangs-Lichtimpulse 12' zwar die
durch den Rauschpegelmesser 36 am Referenzeingang 35 des
Komparators 34 eingestellte Triggerschwelle 79, doch ist die
Zeit t, zu welcher die ansteigende Flanke der drei unter
schiedlichen Empfangs-Lichtimpulse die Triggerschwelle 79
überschreitet, unterschiedlich. Im dargestellten Beispiel
kann der Zeitunterschied bis zu 1,2 ns betragen, was einen
Meßfehler von ca. 20 cm entspricht.
Erfindungsgemäß werden die Zeitmeßfehler (beispielsweise 84,
85 für die Maximalsignale 80, 81) relativ zur Basiszeit 83,
die für das größte vorkommende Maximum 82 angenommen sei, im
Computer 38 gespeichert, wo sie für Korrekturzwecke zur Ver
fügung stehen.
Der Spitzenwertdetektor 37 stellt fest, ob sich die am Aus
gang des Photoempfängers 23 auftretende Signalspannung Us
innerhalb von beispielsweise sechs vorgegebenen Signalstufen
1 bis 6 befindet und gibt ein entsprechendes Signal über die
Steuerleitung 100 an den Computer 38 ab, wo für die aktuell
festgestellte Signalspannung der entsprechende Korrekturwert
(beispielsweise 84 oder 85) abgerufen und daraus ein korri
giertes Zeitsignal ermittelt wird.
Auf diese Weise werden entsprechende Meßfehler eliminiert,
und es wird insgesamt eine Genauigkeit von beispielsweise
5 cm/Bit erzielt.
Die Zeitfehlereliminierung mittels des Spitzenwertdetektors
37 ist deswegen wichtig, weil der Gesamtmeßbereich der er
findungsgemäßen Vorrichtung bei 4 m liegt, so daß beispiels
weise ein Meßfehler von 20 cm normalerweise nicht mehr hinge
nommen werden kann.
Da die Steuerstufe 40 den Impulslaser 11 und die Lichtablenk
vorrichtung 15 kontrolliert, kann der Computer 38 jeder Win
kelposition der Lichtablenkvorrichtung 15 einen Entfernungs
meßwert zuordnen. Die Auswertung der Meßdaten im Computer 38
besteht aus der Überwachung eines zuvor in Polarkoordinaten
abgelegten Schutzfeldes 122'', wie es in Fig. 12 beispielswei
se für ein fahrerloses, selbststeuerndes Fahrzeug 120 vor
dem an der Frontseite des Fahrzeugs 120 montierten
erfindungsgemäßen Laserradar 121 schematisch dargestellt
ist. Immer dann, wenn das Schutzfeld 122'' den vom Laserradar
121 feststellbaren Fahrbahnrand 101 oder ein sonstiges
Hindernis 123 (Fig. 11) erkennt, kann eine entsprechende
Gegensteuerbewegung ausgelöst werden, wobei auch der Sektor
S1 bis S16, wo sich das Hindernis befindet, ermittelt wird.
Fig. 10 zeigt den einfachsten Anwendungsfall bei einem an
der Frontseite mit einem erfindungsgemäßen Laserradar 121
ausgestatteten selbststeuernden Fahrzeug 120, wobei das
Schutzfeld 122 auf zwei Fahrbahnbegrenzungen 101 anspricht.
Sobald das Schutzfeld 122 eine der Begrenzungen 101 erfaßt,
leitet das Laserradar 121 eine Gegensteuerbewegung ein.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel, wo das Schutzfeld 122' vor dem
an der Frontseite eines Fahrzeuges 120 angeordneten Laser
radars 121 gemäß der Erfindung so eingestellt ist, daß es
auf in einem vorbestimmten Abstand r befindliche Hindernisse
123 beispielsweise durch ein Abschalt- oder Bremssignal
reagiert.
Nach Fig. 12 ist das Schutzfeld 122'' vor dem Fahrzeug 120 so
differenziert ausgebildet, daß für unterschiedliche Winkel
sektoren unterschiedliche kritische Abstände S1 bis S16
vorgesehen werden können, so daß nicht nur Hindernisse er
kannt, sondern auch ihr Winkel und ihr Abstand gegenüber dem
Ort des Laserradars 121 festgestellt werden können.
Fig. 13 zeigt ein selbstnavigierendes Fahrzeug 120, dessen
Navigationsgerät 125 mit dem erfindungsgemäßen Laserradar
über eine Informationsleitung 102 verbunden ist, wodurch das
Laserradar 121 mittels seines Erfassungsbereiches 124 von
Zeit zu Zeit an Stellen, wo die Koordinaten der Umgebung be
kannt sind, das Navigationsgerät 125 auf den aktuellen Stand
korrigieren kann.
Die anhand von Fig. 14 gezeigte Anwendung besteht darin, daß
das erfindungsgemäße Laserradargerät 121 einen annähernd
rechteckförmigen, entfernungsbegrenzten Schutzbereich 127
definiert, an dessen einer Ecke es so angeordnet ist, daß
die Winkelhalbierende des Abtastwinkelbereiches 54 etwa auf
der Diagonalen des rechteckförmigen Schutzbereiches liegt.
Im diagonal gegenüberliegenden Eckbereich befindet sich eine
gefährliche Arbeitsmaschine 126, vor der durch das erfin
dungsgemäße Laserradargerät 121 Personen, die sich der
Maschine nähern, geschützt werden sollen. Wesentlich ist
dabei, daß der Schutzbereich 127 durch das erfindungsgemäße
Laserradargerät 121 so begrenzt werden kann, daß eine bei
spielsweise an einer ungefährlichen Stelle bei 103 befind
liche Person, obwohl sie sich im Abtastwinkelbereich 54
befindet, nicht erkannt wird, während eine beispielsweise
bei 104 an einer gefährdeten Stelle befindliche Person
erkannt wird, was dann z. B. zum Abschalten der gefährlichen
Arbeitsmaschine 126 führt.
Das erfindungsgemäße Laserradar hat eine Reichweite von 4
bis 6 m und eine Auflösung von besser als 7 cm. Die Erfas
sungszeit beträgt ca. 40 ms, und der Erfassungswinkel ist in
allen Fällen 180°.
Am Interface 39 (Fig. 3) wird beispielsweise im Falle der
Anwendung nach Fig. 11 ein Hindernis-Entfernungssignal r
erzeugt, das z. B. für ein Stoppsignal im Fahrzeug 120 verwen
det werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 kann für jeden Sektor
S1 bis S16 ein Minimum-Entfernungssignal eingestellt werden.
Bei der Navigationsstützung nach Fig. 13 kann mit einer Meß
rate von 360 Messungen in 40 ms gearbeitet werden. Die
laterale Auflösung kann in allen Fällen 0,5° betragen, wäh
rend die Entfernungsauflösung bis auf ±5 cm herabsetzbar
ist.
Der entfernungsbegrenzte Schutzbereich 127 nach Fig. 14 kann
3 bis 4 m betragen, wobei dann die Erfassungszeit 80 bis
120 ms ist bei einer Auflösung von 5 cm.
Erfindungsgemäß ist der Zähler 30 aus zwei asynchronen
Einzelzählerketten aufgebaut, wobei jeweils ein Zähler auf
der positiven und ein Zähler auf der negativen Flanke des
1,5 GHz-Taktes inkrementiert, so daß sich durch Addition
beider Zählerstände eine Auflösung von 330 ps ergibt. Wie
dies im einzelnen geschieht, wird im folgenden erläutert:
Nach Fig. 5 enthält der erfindungsgemäße Zähler 30 zwei
asynchron arbeitende Einzelzähler 50, 51, deren Takteingänge
105, 106 über ein ODER-Gatter 71 angesteuert sind. Wichtig
ist, daß der Ausgang 72 für den Takteingang 106 des Einzel
zählers 51 gegenüber dem Ausgang 72' für den Takteingang 105
des Einzelzählers 50 invertiert ist. Die beiden Eingänge des
ODER-Gatters 71 sind über einen Testzählimpulseingang 55 an
den Computer 38 bzw. an den Ausgang eines UND-Gatters 73 an
geschlossen, dessen beide Eingänge am Schaltausgang eines
Flip-Flops 76 bzw. an einen Höchstfrequenzspannungseingang
59 angeschlossen sind, welcher vom Frequenzgenerator 52 mit
einer Höchstfrequenzspannung von 1,5 GHz beaufschlagt ist.
Der Schalteingang des Flip-Flops 76 liegt am Ausgang eines
ODER-Gatters 75 an, dessen einer Eingang über die Leitung
45 (siehe auch Fig. 3) vom Impulslaser 11 beaufschlagt ist,
während der andere Eingang an einem Teststarteingang 58
anliegt, der über eine Steuerleitung 65 mit dem Computer 38
verbunden ist.
Der Ausgang des Komparators 34 (Fig. 3) ist nach Fig. 7 über
die Leitung 62 an den Meßstoppeingang 61 des Zählers 30 ange
legt, der seinerseits mit dem einen Eingang eines ODER-Gat
ters 74 in Verbindung steht. Der andere Eingang des ODER-Gat
ters 74 ist mit dem Überlaufausgang 107 des zweiten Einzel
zählers 51 verbunden.
Vom Computer 38 führt eine Steuerleitung 66 weiter zu einem
Multiplexer-Schalteingang 67, der mit dem Schalteingang 108
eines Multiplexers 68 verbunden ist.
Die Zählerausgangssignale der Einzelzähler 50, 51 werden an
die beiden Eingänge einer Additionsstufe 69 angelegt, welche
aus den beiden Eingangs-Zählsignalen die Summe bildet und
diese über den Multiplexer 68 einer Ausgangsstufe 70 zu
führt.
Das Zählsignal des zweiten Einzelzählers 51 ist über die
Steuerleitung 109 außerdem unmittelbar an einen zweiten Ein
gang des Multiplexers 68 angelegt. Über den Steuereingang
108 kann wahlweise der Ausgang der Additionsstufe 69 oder
der Ausgang des zweiten Einzelzählers 51 zur Ausgangsstufe
70 durchgeschaltet werden.
Der Testzählimpulseingang 55 wird vom Computer 38 über eine
Steuerleitung 56 angesteuert. Der Teststarteingang 58 wird
über eine Steuerleitung 65 ebenfalls vom Computer 38 beauf
schlagt.
Die beiden Einzelzähler 50, 51 weisen weiter Reset-Eingänge
110, 111 auf, die über einen Reset-Eingang 63 und eine
Steuerleitung 64 vom Computer 38 angesteuert sind.
Mit dem anhand von Fig. 5 erläuterten Zähler 30 werden
während des Betriebs des erfindungsgeinäßen Laserradargeräts
folgende Funktionen ausgeführt:
Während der Drehspiegel 16 den Nutz-Abtastwinkelbereich 54 (Fig. 2, 14, 16) überstreicht, löst jeder vom Impulslaser 11 abgegebene Lichtimpuls 12 im Moment seiner Abgabe über die Leitung 45 und das ODER-Gatter 75 ein Umschalten des Flip-Flops 76 aus, so daß das angeschlossene UND-Gatter 73 die an seinem anderen Eingang anstehende Höchstfrequenzspannung von 1,5 GHz zum ODER-Gatter 71 durchläßt. Von dort gelangt nun die Höchstfrequenzspannung zu den Zähleingängen 105, 106 der Einzelzähler 50, 51, wobei jedoch das zum Zählereingang 106 des zweiten Zählers 51 gelangende Zählsignal aufgrund des invertierten Ausgangs 72 des ODER-Gatters 71 gegenüber dem Zählsignal am Eingang 105 um 180° phasenverschoben ist. Mit anderen Worten zählt nun der Zähler 50 die ansteigenden Flanken der positiven Halbwellen, der Einzelzähler 51 die abfallenden Flanken der negativen Halbwellen. Dadurch werden während jeder Periode der Höchstfrequenzspannung aus dem Frequenzgenerator 52 zwei Bits durch die Einzelzähler 50, 51 erzeugt, und zwar um jeweils 180° phasenverschoben.
Während der Drehspiegel 16 den Nutz-Abtastwinkelbereich 54 (Fig. 2, 14, 16) überstreicht, löst jeder vom Impulslaser 11 abgegebene Lichtimpuls 12 im Moment seiner Abgabe über die Leitung 45 und das ODER-Gatter 75 ein Umschalten des Flip-Flops 76 aus, so daß das angeschlossene UND-Gatter 73 die an seinem anderen Eingang anstehende Höchstfrequenzspannung von 1,5 GHz zum ODER-Gatter 71 durchläßt. Von dort gelangt nun die Höchstfrequenzspannung zu den Zähleingängen 105, 106 der Einzelzähler 50, 51, wobei jedoch das zum Zählereingang 106 des zweiten Zählers 51 gelangende Zählsignal aufgrund des invertierten Ausgangs 72 des ODER-Gatters 71 gegenüber dem Zählsignal am Eingang 105 um 180° phasenverschoben ist. Mit anderen Worten zählt nun der Zähler 50 die ansteigenden Flanken der positiven Halbwellen, der Einzelzähler 51 die abfallenden Flanken der negativen Halbwellen. Dadurch werden während jeder Periode der Höchstfrequenzspannung aus dem Frequenzgenerator 52 zwei Bits durch die Einzelzähler 50, 51 erzeugt, und zwar um jeweils 180° phasenverschoben.
Die Zählung der Halbwellen der Höchstfrequenzspannung aus
dem Frequenzgenerator 52 wird nun solange fortgesetzt, bis
ein Lichtimpuls 12' (Fig. 3) von der Photoempfangsanordnung
22 aufgenommen wird und über den Komparator 34, die Leitung
62, den Meßstoppeingang 61 und das ODER-Gatter 74 ein Stopp
signal an den Rücksetz-Eingang 112 des Flip-Flops 76 abgege
ben wird. Daraufhin wird das Flip-Flop 76 in seinen Ausgangs
zustand zurückgesetzt, worauf das UND-Gatter 73 sperrt und
den Höchstfrequenzgenerator 52 vom ODER-Gatter 71 abtrennt.
Damit wird die Zählung der Einzelzähler 50, 51 gestoppt, und
nunmehr kann der Computer 38, dem dies über die Leitung 46
(Fig. 3) gemeldet worden ist, nicht nur die gemessenen Zähler
stände nach Summierung in der Additionsstufe 69 über den
Multiplexer 68 und die Ausgangsstufe 70 abrufen, sondern
zusätzlich noch zwei Tests durchführen.
Nachdem während jeder Periode der Höchstfrequenzspannung
zwei Bits erzeugt werden, wird bei einer Frequenz von
1,5 GHz eine zeitliche Auflösung bei der Laufzeitmessung (t)
von 330 ps und damit eine Entfernungsmeßgenauigkeit von
cm/Bit erzielt.
Nachdem auf diese Weise eine Laufzeitmessung erfolgt ist,
schaltet der Computer 38 über die Steuerleitung 66 und den
Multiplexer-Schalteingang 67 den Multiplexer 68 um, so daß
dieser nunmehr den über die Leitung 109 anstehenden Zähler
stand des zweiten Zählers 51 an den Computer 38 abgeben
kann. Dort findet nunmehr ein Vergleich des Summenausgang
signals der Additionsstufe 69 mit dem Doppelten des Zähler
standes des zweiten Zählers 51 statt. Bei einwandfreiem
Arbeiten aller Komponenten dürfen sich die beiden Zahlenwer
te höchstens um ein Bit unterscheiden. Wird dies vom
Computer 38 festgestellt, ist dies ein Zeichen dafür, daß
sämtliche Komponenten einwandfrei gearbeitet haben. Ergibt
dieser Vergleich jedoch einen Unterschied von mehreren Bits,
so erzeugt der Computer 38 ein Fehlersignal und stoppt bei
spielsweise die gefährliche Arbeitsmaschine 96 nach Fig. 16.
Der vorgenannte Test kann beispielsweise nach jedem empfange
nen Lichtimpuls 12' und der entsprechenden Auswertung einmal
durchgeführt werden. Im allgemeinen genügt es jedoch, wenn
erst nach einem vollständigen Abtasten des Abtastwinkel
bereiches 54 ein derartiger Test durchgeführt wird.
Im letzteren Falle wird vom Computer 38 auch noch ein weite
rer Sicherheitstest dahingehend durchgeführt, daß an den
Testzählimpulseingang 55 über die Zuleitung 56 Testzähl
impulse gegeben werden, die über das ODER-Gatter 71 Zählvor
gänge in den Einzelzählern 50, 51 auslösen, wobei jedoch
diese Testzählung ca. 300 mal langsamer, also beispielsweise
mit einer Frequenz von 5 MHz vor sich geht als beim eigent
lichen Meßvorgang.
Der Zählvorgang wird vom Computer über die Steuerleitung 65,
den Teststarteingang 58, das ODER-Gatter 75, das Flip-Flop
76 und das UND-Gatter 73 in ähnlicher Weise ausgelöst, wie
das beim eigentlichen Meßvorgang über den Meßstarteingang 57
vor sich geht.
Ein einmal ausgelöster Testzählvorgang wird solange fortge
setzt, bis die Zähler 50, 51 voll sind, worauf über den
Überlauf-Ausgang 107 des zweiten Einzelzählers 51, die
Reset-Leitung 77 und das ODER-Gatter 74 ein Stoppsignal an
den Reset-Eingang 112 des Flip-Flops 76 abgegeben wird. Nun
mehr kann über die Additionsstufe 69 und die Leitung 109
sowie den Multiplexer 68, welcher vom Computer 38 wieder in
geeigneter Weise angesteuert wird, überprüft werden, ob die
tatsächlichen Zählerstände mit dem Sollwert übereinstimmen.
Durch diesen zweiten Test, der ebenfalls nur einmal nach
jeder Abtastung durchgeführt wird, kann geprüft werden, ob
die logischen Funktionen korrekt arbeiten. Da der Computer
38 die die Zählung auslösenden positiven und negativen Flan
ken am Testeingang 55 erzeugt, kann er durch Vergleich der
erhaltenen Zählerstände mit der Zahl der ausgegebenen Flan
ken die einwandfreie Funktion ohne weiteres prüfen. Logische
Fehlfunktionen sowie zerstörte Signalleitungen können auf
diese Weise sicher aufgedeckt werden.
Die Anordnung von zwei Einzelzählern 50, 51 im Zähler 30 hat
also nicht nur den Vorteil einer Verdopplung der Zeitauflö
sung, sondern ermöglicht auch die beiden vorstehend beschrie
benen Sicherheitstests.
Die Fig. 4 und 7 zeigen, daß in demjenigen Bereich der 360°-Abtastung
des Drehspiegels 16, welcher außerhalb des Abtast
winkelbereiches 54 (Fig. 2) liegt, Testvorrichtungen angeord
net werden können. Eine dieser Testvorrichtungen besteht aus
einem im Bereich des Sende-Lichtimpulsbündels 21 angeordne
ten Testkörper 86, der vorzugsweise aus einem lichtstreuen
jden Material besteht. Es kann sich hierbei um eine gesinter
te Glasscheibe (Glasfritte) handeln, in der das Licht an den
kristallinen Partikeln gestreut wird. Eine geschwärzte Ring
blende 87 rund um den Bereich, wo das Sende-Impulslichtbün
del 21 auftrifft, vermindert unerwünschte Streulichteffekte.
Da die streuenden Eigenschaften des Testkörpers 86 bekannt
und stabil sind, kann durch Auswertung des Empfangssignals
des Photoempfängers 23, der vorzugsweise als Lawinen-Empfän
gerdiode ausgebildet ist, das einwandfreie Arbeiten des
Impulslasers 11 und des Empfangssystems getestet werden.
Das Empfangssignal Us der Photoempfangsanordnung 22 berech
net sich nach der folgenden Formel:
Us = Ps . Rr . Rq . M . Rt (2)
In dieser Formel bedeuten:
Us: Empfangssignal
Ps: Sendeleistung
Rr: Testzielreflexionsgrad
Rq: Quantenwirkungsgrad
M : Multiplikationsfaktor der verwendeten Lawinendiode 23
Rt: Transimpedanz der Lawinendiode 23 (effektiver Arbeitswiderstand der Diode)
Us: Empfangssignal
Ps: Sendeleistung
Rr: Testzielreflexionsgrad
Rq: Quantenwirkungsgrad
M : Multiplikationsfaktor der verwendeten Lawinendiode 23
Rt: Transimpedanz der Lawinendiode 23 (effektiver Arbeitswiderstand der Diode)
Der Computer prüft nun, ob das Empfangssignal Us wenigstens
den Wert einer vorgegebenen Grenzwertkonstante K1 erreicht.
Ist dies der Fall, so wird die Sende-Empfangsanordnung als
einwandfrei bewertet und die Messung fortgesetzt. Sinkt
jedoch das Empfangssignal Us bei dem vorbeschriebenen Test
unter K1 ab, so meldet der Computer 38 einen Fehler und
schaltet beispielsweise die gefährliche Arbeitsmaschine 126
nach Fig. 14 ab.
Gemäß Fig. 9 kann in dem gleichen für die eigentliche Mes
sung ineffektiven Winkelbereich ein weiterer Test dadurch
durchgeführt werden, daß entweder innerhalb des Testkörpers
86 oder daneben (Fig. 4) eine Leuchtdiode 88 vorgesehen ist,
die durch das abbildende Empfangssystem bzw. die Photoempfän
geranordnung 22 auf den Photoempfänger 23 abgebildet wird,
welcher wieder als Lawinendiode angenommen wird. Der dadurch
in der Lawinendiode 23 erzeugte Gleichstrom I führt aufgrund
der physikalischen Gesetze zu einem Quantenrauschen (Schrot
rauschen), welches über den Rauschpegelmesser 36 (Fig. 3)
quantitativ bestimmt wird. Eine Auswertung erlaubt bei be
kannten Empfängergleichstrom I die Berechnung des sog.
Excess-Noise-Index der Lawinen-Photodiode 23, welcher ein
direktes Maß für die Qualität bzw. die Funktionsfähigkeit
der Lawinen-Photodiode 23 ist. Zusammen mit dem Meßergebnis
des anhand von Fig. 7 beschriebenen Tests kann damit
indirekt die Systemempfindlichkeit unter allen Umgebungs
lichtsituationen nachgewiesen werden.
Der vom Rauschpegelmeser 36 ermittelte Rauschpegel errechnet
sich nach der folgenden Formel
Ur = (2 . q . I . M1+k.fg)1/2.Rt (3)
Der Computer 38 überprüft dann, ob die folgende Forderung
erfüllt ist:
In den vorgenannten Formeln bedeuten:
I: Photostrom in der Photodiode 23
Ur: Rauschspannung aufgrund der Beleuchtung durch die Leuchtdiode 88
M: Multiplikationsfaktor der Lawinendiode 23
q: Elementarladung (1,6 . 10-19 Coulomb)
Rt: Transimpedanz der Lawindendiode 23
fg: Grenzfrequenz des Rauschens
K2: zweite Grenzwertkonstante
I: Photostrom in der Photodiode 23
Ur: Rauschspannung aufgrund der Beleuchtung durch die Leuchtdiode 88
M: Multiplikationsfaktor der Lawinendiode 23
q: Elementarladung (1,6 . 10-19 Coulomb)
Rt: Transimpedanz der Lawindendiode 23
fg: Grenzfrequenz des Rauschens
K2: zweite Grenzwertkonstante
Nach den Fig. 4 und 9 sind unterhalb der unteren Stirnseite
89 der Frontscheibe 41 über den Abtastwinkelbereich 54
gleichmäßig verteilt Leuchtdioden 91 angeordnet, welche
jeweils einen Lichtschrankenstrahl 98 nach oben aussenden,
der einen gemäß den Fig. 4 und 9 abgewinkelten unteren Teil
der Frontscheibe 41 durchquert und dann durch den schräg
gestellten Hauptteil der Frontscheibe 41 hindurch zu einem
darüber angeordneten zugeordneten Photoempfänger 92 gelangt.
Die Schrägstellung des Hauptteils der Frontscheibe 41 hat
nicht nur den Sinn, eine Durchtrittsmöglichkeit für die senk
rechten Lichtschrankenstrahlen 98 zu schaffen, sondern auch
den Innenseitenreflex von der Frontscheibe 41 von der Photo
empfangsanordnung 22 fernzuhalten.
Erfindungsgemäß weist der untere abgewinkelte Teil der Front
scheibe 41 über den Umfang verteilt zwei auf ihrer äußeren
Fläche mattierte bzw. aufgerauhte Bereiche 41' auf, durch
welche das vom zugeordneten Lichtsender 91 ausgehende scharf
gebündelte Licht 131 bei Nichtvorhandensein eines in Fig. 4
eingezeichneten glättenden Ölfilms 128 in einen wesentlich
größeren Raumwinkelbereich 129 gestreut wird, so daß der
zugeordnete Lichtempfänger 92 nur eine geringe Lichtmenge
vom Lichtsender 91 erhält.
Schlägt sich jetzt auf der aufgerauhten äußeren Fläche des
mattierten Bereiches 41' beispielsweise ein Ölfilm 128 nie
der, so hebt dieser aufgrund des nur geringen Brechungsindex
unterschiedes zum darunterliegenden Material der Frontschei
be 41 die starke Lichtstreuung des Bündels 131 auf, so daß
nunmehr ein konzentriertes Lichtbündel 130 den zugeordneten
Lichtempfänger 92 trifft und ein wesentlich stärkeres Licht
empfangssignal am Lichtempfänger 92 auslöst. Die starke Zu
nahme des Ausgangssignals des Lichtempfängers 92 ist also
ein Maß dafür, daß sich auf der aufgerauhten Oberfläche des
mattierten Bereiches 41' ein glättender Flüssigkeitsfilm
niedergeschlagen hat.
Von den über den Umfang der Frontscheibe 41 verteilten
Lichtsender-Lichtempfänger-Paaren 91, 92 ist zumindest
zweien ein mattierter Bereich 41' zugeordnet, um für den
Fall eines defekten optoelektronischen Bauelements eine
Redundanz zu schaffen.
Nach Fig. 9 sind die Leuchtdioden 91 an eine Reihe von Aus
gängen 113 eines Multiplexers 93 angeschlossen, der vom
Computer 38 angesteuert wird und über einen Impulsformer 95
mit Rechteckimpulsen beschickt wird.
Die Empfangsdioden 92 sind mit den verschiedenen Eingängen
114 eines weiteren Multiplexers 94 verbunden, der ebenfalls
vom Computer 38 angesteuert wird und über einen Verstärker
96 sowie einen Analog-Digital-Wandler 97 an den Computer 38
angeschlossen ist.
Die beschriebene Anordnung von Leuchtdioden 91 und Empfangs
dioden 92 dient einer Überwachung der Verschmutzung der
Frontscheibe 41. Ihre Arbeitsweise ist wie folgt:
Der Computer 38 taktet den Multiplexer 93 so, daß er nachein ander an die auf dem Umfang des Abtastwinkelbereiches 54 gleichmäßig angeordneten Sendedioden 91 nacheinander einen Rechteckimpuls über den Impulsformer 95 abgibt. Im gleichen Rhythmus werden die jeweils gegenüberliegenden Empfangs dioden 92 aktiviert, indem der Multiplexer 94 vom Computer 38 in gleicher Weise wie der Multiplexer 93 getaktet wird, wodurch nacheinander die Ausgänge der einzelnen Empfangs dioden 92 an den Verstärker 96 und den Analog-Digital-Wand ler 97 angelegt werden. Dadurch empfängt der Computer 38 laufend Signale von den einzelnen Empfangsdioden 92. Durch Vergleich einer vorgegebenen Soll-Empfangsstärke mit der tatsächlichen Empfangsstärke der Lichtstrahlen 98 kann der Computer 38 somit Verschmutzungen der Frontscheibe 41 erken nen. Sollte an zumindest einer Stelle eine übermäßige Ver schmutzung erkannt werden, so meldet der Computer 38 dies an das Interface 39, und es kann dann beispielsweise ein Warn- oder Abschaltsignal abgegeben werden.
Der Computer 38 taktet den Multiplexer 93 so, daß er nachein ander an die auf dem Umfang des Abtastwinkelbereiches 54 gleichmäßig angeordneten Sendedioden 91 nacheinander einen Rechteckimpuls über den Impulsformer 95 abgibt. Im gleichen Rhythmus werden die jeweils gegenüberliegenden Empfangs dioden 92 aktiviert, indem der Multiplexer 94 vom Computer 38 in gleicher Weise wie der Multiplexer 93 getaktet wird, wodurch nacheinander die Ausgänge der einzelnen Empfangs dioden 92 an den Verstärker 96 und den Analog-Digital-Wand ler 97 angelegt werden. Dadurch empfängt der Computer 38 laufend Signale von den einzelnen Empfangsdioden 92. Durch Vergleich einer vorgegebenen Soll-Empfangsstärke mit der tatsächlichen Empfangsstärke der Lichtstrahlen 98 kann der Computer 38 somit Verschmutzungen der Frontscheibe 41 erken nen. Sollte an zumindest einer Stelle eine übermäßige Ver schmutzung erkannt werden, so meldet der Computer 38 dies an das Interface 39, und es kann dann beispielsweise ein Warn- oder Abschaltsignal abgegeben werden.
Bei der Auswertung der Empfangssignale der Lichtempfänger
92, die einem mattierten Bereich 41' zugeordnet sind, unter
scheidet der Computer 38 zwischen einer Abnahme und Zunahme
des Empfangssignals, so daß sowohl eine verdunkelnde Ver
schmutzung als auch ein Ölfilm in dem zwischen dem Lichtsen
der 91 und dem Lichtempfänger 92 verlaufenden Lichtbündel
erkannt werden können. Es ist aber auch möglich, daß das dem
mattierten Bereich 41' zugeordnete Lichtsender-Lichtempfän
ger-Paar 91, 92 nur zur Erkennung von Flüssigkeitsfilmen
dient, so daß der Computer 38 bei Aufschaltung eines solchen
Lichtsender-Lichtempfänger-Paars 91, 92 nur auf einen ver
größerten Lichtempfang anspricht.
Neben den vorzugsweise vier Meß-Lichtschrankenstrahlen 98
sollen zwei redundant aufgebaute Referenzzweige vorhanden
sein, deren Strahlverlauf nicht durch die Scheibe führt, wo
durch der Temperaturgang der Sendedioden sowie der Impuls
stromquelle durch entsprechenden Signalvergleich im Computer
38 eliminiert werden kann. Durch zweikanalige Ausbildung der
Referenzzweige ist die Schaltung so ausgelegt, daß jede Fehl
funktion aufgedeckt wird.
Weiter wird erfindungsgemäß vom Computer die Motordrehzahl
und das Systemtiming überwacht. Es erfolgt eine zeitliche
und logische Programmablaufüberwachung.
Die Überwachung der elektronischen Funktionen erfolgt erfin
dungsgemäß durch einen RAM-, ROM-, ALU-, Watchdog-Test,
A/D-Wandler (Verschmutzungsmessung, Rauschpegelmessung),
D/A-Wandler (Komparatortest),
Spitzenwertdetektor,
Stopp-Komparator und
Oszillatoren für den Computer 38 und den 1,5 GHz-Zähler.
Erfindungsgemäß sind zwei optoentkoppelte, dynamische, rück
gelesene Eingriffsleitungen vorgesehen. Der Nachweis der
Systemleitung basiert auf einer Worst-Case-Leistungsbilanz.
Es erfolgt eine einfehlersichere Ansteuerung des Lasers
(Augensicherheit). Weiter kann ein Zugriffschutz für den
Einrichtmodus über Pass-Worte erreicht werden. Durch das
beschriebene Lichtgitter ist eine Verschmutzungserkennung
und -warnung gewährleistet.
Es liegt ein definiertes Anlaufverhalten des Systems bzw.
der Schnittstelle vor. Nach dem Einschalten der Einrichtung
werden alle o.g. Tests durchlaufen.
Die Empfindlichkeit der Sender-Empfänger-Anordnung wird so
eingestellt, daß noch Objekte mit einem Reflexionsgrad bis
hinunter zu 2% erkannt werden.
Das Laserradargerät ist nach Fig. 4 in einem Gehäuse 115
untergebracht, welches vorne durch eine Deckkappe 116 abge
schlossen ist, in deren unterem Bereich die über 180° ge
krümmte Frontscheibe 41 vorgesehen ist. Nach Fig. 4 sind Sen
der und Empfänger in einer als kompakte Baueinheit ausgebil
deten Sender-Empfänger-Einheit 49 beispielsweise in Form
eines zylindrischen Gehäuses untergebracht.
Claims (47)
1. Laserabstandsermittlungsvorrichtung nach dem Impulslauf
zeitverfahren mit einem Impulslaser (11), der gesteuert
Lichtimpulse (12) in einen Meßbereich (13) schickt,
einer Photoempfangsanordnung (22), welche die von einem
im Meßbereich (13) befindlichen Objekt (14) zurückgewor
fenen Lichtimpulse (12') empfängt, einer Auswerteschal
tung (23, 30, 34, 36, 37, 38, 39, 40), welche unter
Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit aus der Zeit
zwischen Aussendung und Empfang eines Lichtimpulses (12,
12') ein für den Abstand des Objektes (14) vom Impuls
laser (11) charakteristisches Abstandssignal ermittelt,
wobei zwischen dem Meßbereich (13) und dem Impulslaser
(11) eine Lichtablenkvorrichtung (15) angeordnet ist,
welche die aufeinanderfolgenden Lichtimpulse (12) unter
sich zunehmend verändernden Winkeln in den Meßbereich
(13) lenkt und gleichzeitig an die Auswerteschaltung
(23, 30, 34, 36, 37, 38, 39, 40) ein für ihre momentane
Winkelstellung repräsentatives Winkelpositionssignal ab
gibt, und wobei die Auswerteschaltung (23, 30, 34, 36,
37, 38, 39, 40) aus dem Abstandssignal und dem Winkel
positionssignal den Ort des Objektes (14) innerhalb des
Meßbereiches (13) ermittelt,
gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (115), welches im Bereich des Durchtritts
des Sende-Impulslichtbündels und des Empfangs-Impuls
lichtbündels durch eine Frontscheibe (41) abgeschlossen
ist, wobei die Frontscheibe (41) an einer Vielzahl von
Stellen entlang ihres Umfanges von Lichtschrankenstrah
len (98) durchquert wird, die von im Bereich ihrer einen
Stirnseite (89) angeordneten Lichtsendern (91) ausgehen
und von im Bereich ihrer anderen Stirnseite (90) ange
ordneten Lichtempfängern (92) empfangen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtsender (91) zur nacheinander erfolgenden
Ansteuerung mit Impulsen und die Lichtempfänger (92) zur
entsprechenden Auswertung der empfangenen Impulse über
Multiplexer (93 bzw. 94) an den Computer (38) der Auswerteschaltung angeschlos
sen sind, welcher, wenn wenigstens ein Empfangssignal
unter einen vorbestimmten Minimalwert abgefallen ist,
ein Verschmutzungssignal abgibt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frontscheibe von oben nach unten in Richtung auf
den Drehspiegel (16) der Lichtablenkvorrichtung (15) zu schräg verläuft und vorzugsweise
an ihrem unteren Ende um einen deutlichen Winkel, der
bei etwa 90° liegen kann, in der entgegengesetzten Rich
tung abgewinkelt ist, um einen doppelten Durchtritt des
Lichtschrankenstrahls (98) durch die Frontscheibe (41)
herbeizuführen, und zwar zunächst vom Inneren des
Gehäuses (115) in den Außenraum und dann von dort wieder
in das Innere des Gehäuses (115).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Bereich (41') der Frontscheibe (41),
der sich vorzugsweise nahe einem Lichtsender (91) und
fern vom zugeordneten Lichtempfänger (92) befindet, auf
seiner äußeren Fläche mattiert ausgebildet ist, derart,
daß bei unverschmutztem Bereich (41') der zugeordneten
Lichtempfänger (92) eine durch Lichtstreuung abgeschwäch
te Lichtmenge erhält und bei Vorhandensein eines Flüssig
keits-, insbesondere Ölfilms (128) auf dem Bereich (41')
der zugeordnete Lichtempfänger (92) eine erhöhte Licht
inenge erhält, und daß ein Verschmutzungssignal abgegeben
wird, wenn der Lichtempfang am zugeordneten Lichtempfän
ger (92) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Frontscheibe (41) über den Umfang verteilt
zwei mattierte Bereiche (41') und diesen zugeordnete
Lichtsender (91) und Lichtempfänger (92) vorhanden
sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frontscheibe (41) um die Drehachse (17) des Drehspiegels (16) gekrümmt
ausgebildet ist und sich in Abtastrichtung zumindest
über den Abtastwinkelbereich (54) erstreckt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstandswinkelbereich (54) vorzugsweise größer
als 90° und insbesondere kleiner als 270° ist sowie be
vorzugt etwa 180° beträgt und zweckmäßigerweise die
Impulslichtstrahlen eine vorzugsweise horizontale Abtast
ebene (53) definieren.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Impulsdauer der Lichtimpulse (12) so gering ist, daß während die
ser Zeit die Lichtablenkvorrichtung (15) als praktisch
stillstehend angesehen werden kann.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtimpulsdauer einige Nanosekunden, zweckmäßi
gerweise 1-5, vorzugsweise 2-4 und insbesondere etwa 3
ns beträgt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Winkelgeschwindigkeit der Lichtablenkvorrichtung
(15) 0,5.104 bis 2.104, insbesondere etwa 1.104o/sec be
trägt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand aufeinanderfolgender Sende-Lichtimpulse
(12) um mehrere Zehnerpotenzen, vorzugsweise um größen
ordnungsmäßig 4 Zehnerpotenzen größer als die Impuls
länge ist und/oder daß vorzugsweise die Impulsfolgefre
quenz zwischen 5 bis 50, zweckmäßigerweise 10 bis 40,
und insbesondere etwa 20 kHz beträgt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtablenkvorrichtung (15) einen vorzugsweise
planen Drehspiegel (16) umfaßt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehspiegel (16) um einen der Einfallslichtstrah
len, vorzugsweise den Mitteleinfallslichtstrahl (18)
drehbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (17) bzw. der Mitteleinfallslicht
strahl (18) unter 30 bis 60, vorzugsweise 40 bis 50 und
insbesondere 45° zur Oberfläche des Drehspiegels (16)
verläuft, wobei der Drehspiegel (16) in Richtung der
Drehachse (17) gesehen zweckmäßig Kreisscheibenform hat.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehspiegel (16) ein Sende-Impulslichtbündel
(21) im wesentlichen von oben empfängt und im wesent
lichen horizontal abstrahlt.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das vom Impulslaser (11) vorzugsweise horizontal
abgestrahlte Impulslicht über einen fest angeordneten,
vorzugsweise planen Umlenkspiegel (19) um vorzugsweise
90° zum Drehspiegel (16), insbesondere nach unten abge
lenkt wird.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Impulslaser (11) eine ein paralleles
Sende-Impulslichtbündel (21) bildende Sendelinse (33)
vorgeschaltet ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtablenkvorrichtung (15) auch ein Empfangs-Impulslichtbündel
(20) aufnimmt und zur Photoempfangs
anordnung (22) lenkt, wobei das Sende-Impulslichtbündel
(21) und das Empfangs-Impulslichtbündel (20) jenseits
des Drehspiegels (16) vorzugsweise koaxial zueinander
sind und wobei insbesondere das Sende-Impulslichtbündel
(21) zentral verläuft und einen kreisförmigen Quer
schnitt aufweist und das Empfangs-Impulslichtbündel (22)
rund um das Sende-Impulslichtbündel herum angeordnet ist
und einen kreisringförmigen Querschnitt besitzt und
beide Bündel (20, 21) aneinander angrenzen, so daß der
Drehspiegel (16) einen zentralen Bereich (24), wo das
Sende-Impulslichtbündel (21) auftrifft, und einen peri
pheren Bereich (47), wo das Empfangs-Impulslichtbündel
(20) auftrifft, aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Umlenkspiegel (19) für das vom Impulslaser (11)
bzw. der Sendelinse (33) kommende Impulslicht gegenüber,
insbesondere über einem zentralen Bereich (24) des Dreh
spiegels (16) angeordnet ist und das Empfangs-Impuls
lichtbündel (20) am Umlenkspiegel (19) vorbei zur Photo
empfangsanordnung (22) gelangt, wobei der Umlenkplanspie
gel (19) in Richtung des an ihm vorbeigehenden Empfangs-Impulslichtbündels
(20) vorzugsweise einen kreisförmigen
Querschnitt besitzt.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Photoempfangsanordnung (22) eine das Empfangs
licht auf einen Photoempfänger (23) konzentrierende
Empfängerlinse (25) umfaßt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser der Empfängerlinse (25) so groß ist,
daß sie das neben dem zentralen Bereich (24) auf den
peripheren Bereich (47) des Drehspiegels (16) auftreffen
de Empfangs-Impulslichtbündel (20) aufnimmt.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Eingang der Photoempfangsanordnung (22) ein auf
das Spektrum des vom Impulslaser (11) ausgesendeten
Lichtes abgestimmtes Interferenzfilter (26) angeordnet
ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfängerlinse (25) zwei Bereiche (25', 25'') mit
unterschiedlichen Brennweiten aufweist, die vorzugsweise
konzentrisch zueinander liegen.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 3 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehspiegel (16) an einer Schrägschnittebene
eines Kreiszylinderkörpers (27) ausgebildet ist, dessen
Zylinderachse mit der Drehachse (17) zusammenfällt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehspiegel (16) an einer ebenen Spiegelplatte
(78) ausgebildet ist, die auf einem drehbaren
Spiegelträger (48) angebracht ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtablenkvorrichtung (15) einen 360°-Ablenkwin
kel überstreicht und vorzugsweise kontinuierlich in
einer Drehrichtung umläuft.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehspiegel (16) auf einem Drehteller (28) ange
ordnet ist, der von einem Motor (31) zu einer kontinuier
lichen Rotation mit vorzugsweise vorgegebener Drehzahl
angetrieben ist, wobei die Drehzahl zweckmäßigerweise
1000 bis 3000, insbesondere etwa 1500 UpM beträgt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
das im Bereich des Drehtellers (28) ein Winkelgeber (29)
angeordnet ist, der die momentane Winkelposition des
Drehtellers (28) der Auswerteschaltung (38, 40) meldet.
29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das die Auswerteschaltung einen Computer (38) enthält,
in dem alle erforderlichen Rechenoperationen, insbeson
dere die Berechnung des Abstandes des Objektes (14) aus
der Impulslaufzeit (t) ausgeführt werden.
30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das die Auswerteschaltung einen Zähler (30) mit vorzugs
weise fest vorgegebener Taktfrequenz umfaßt, der mit dem
Impulslaser (11) bzw. seiner Triggerschaltung so verbun
den ist, das er bei Aussendung eines Lichtimpulses (12)
angestoßen wird, und mit der Photoempfangsanordnung (22)
so verbunden ist, das er beim Empfang des gleichen
Lichtimpulses (12') durch die Photoempfangsanordnung
(22) angehalten wird, und das aus dem Zählerstand die
Laufzeit (t) und vorzugsweise der Abstand des Objektes
(14) berechnet wird.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zähler (30) durch einen Frequenzgenerator (52)
beaufschlagt ist, welcher zweckmäßigerweise mit einer
Taktfrequenz von 0,5 bis 3,0, insbesondere 1 bis 2 und
vorzugsweise etwa 1,5 GHz arbeitet.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,
das der Zähler (30) aus zwei asynchronen Einzelzählern
(50, 51) aufgebaut ist, von denen einer auf die posi
tiven Halbwellen, insbesondere die ansteigenden Flanken
der positiven Halbwellen, und der andere auf die nega
tiven Halbwellen, insbesondere die abfallenden Flanken
der negativen Halbwellen einer vom Frequenzgenerator
(52) abgegebenen Höchstfrequenzspannung anspricht.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,
das die durch die Laufzeit (t) eines Lichtimpulses (12,
12') erzeugten beiden Einzelzählerstände addiert und als
Maß für die Laufzeit (t) verwendet werden.
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33,
dadurch gekennzeichnet,
das die Summe der Einzelzählerstände mit dem verdoppel
ten Zählerstand eines der Einzelzähler (50, 51) ver
glichen und ein Fehlersignal abgegeben wird, wenn der
Vergleich einen Unterschied um mehr als einige Bits, vor
zugsweise ein Bit ergibt.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34,
dadurch gekennzeichnet,
das der Vergleich nach jeder Auswertung eines Lichtimpul
ses (12, 12') durchgeführt wird.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34,
dadurch gekennzeichnet,
das der Vergleich in der Pause zwischen dem Ende einer
Abtastung des Abtastwinkelbereiches (54) und dem Beginn
der nächsten Abtastung des Abtastwinkelbereiches (54)
durchgeführt wird.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 36,
dadurch gekennzeichnet,
das in der Pause zwischen zwei Abtastungen des Abtast
winkelbereiches (54) der Computer (38) gesteuert Zähl
impulse an die Einzelzähler (50, 51) liefert, das Zähl
ergebnis prüft und ein Fehlersignal abgibt, wenn das
Zählergebnis nicht mit der eingegebenen Anzahl von Zähl
impulsen übereinstimmt.
38. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 30 bis 37,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Photoempfangsanordnung (22) über einen Kompara
tor (34) an den Zähler (30) angelegt ist, dessen die
Triggerschwelle für die Empfangssignale definierender
Referenzeingang (35) das für den Rauschpegel unmittelbar
vor dem Signalempfang repräsentative Ausgangssignal
eines Rauschpegelmessers (36) zugeführt ist, an dessen
Eingang das Ausgangssignal der Photoempfangsanordnung
(22) angelegt ist.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rauschpegelmesser (36) über die Photoempfangs
anordnung (22) kontinuierlich die Grundhelligkeit erfast
und über eine vorbestimmte Zeit, die groß gegenüber der
Dauer eines Lichtimpulses (12, 12') und klein gegenüber
der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sende-Licht
impulsen (12) ist, gemittelt wird und das dieser Mittel
wert als mittlerer Rauschpegel verwendet wird.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelwertbildungszeit etwa 30% des zeitlichen
Abstandes zweier benachbarter Sendelichtimpulse (12) be
trägt.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 40,
dadurch gekennzeichnet,
das die durch das Ausgangssignal des Rauschpegelmessers
(36) festgelegte Triggerschwelle (79) um ein Vielfaches,
vorzugsweise das 2- bis 10-fache, insbesondere das 4-
bis 8-fache und besonders bevorzugt etwa das 7-fache
größer als der festgestellte mittlere Rauschpegel ist.
42. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das an den Ausgang der Photoempfangsanordnung (22) auch
ein Spitzenwertdetektor (37) angelegt ist, dessen Aus
gangssignal zur Generierung von Korrekturwerten zur
Kompensation der infolge Signaldynamik auftretenden
Zeitmeßfehler verwendet wird.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42,
dadurch gekennzeichnet,
das der Spitzenwertdetektor (37) das jeweilige Maximum
eines Empfangs-Lichtimpulses (12') erfaßt und ein ent
sprechendes Maximumsignal an den Computer (38) abgibt,
das im Computer (38) die in Abhängigkeit von der Höhe
des Maximums (80, 81, 82) auftretenden Zeitmeßfehler
(84, 85) abgespeichert sind und das in Abhängigkeit vom
festgestellten Maximum (80, 81, 82) ein entsprechender
Korrekturwert ermittelt und die gemessene Zeit entspre
chend diesem Korrekturwert korrigiert wird.
44. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das außerhalb des Abtastwinkelbereiches (54) ein licht
reflektierender oder -streuender Testkörper (86) im Weg
des die Abtastbewegung ausführenden Sende-Impulslichtbün
dels (21) angeordnet ist und der Computer (38) während
des Überstreichens des Testkörpers (86) durch das Sende-Impulslichtbündel
(21) überprüft, ob das von der Photo
empfangsanordnung (22) empfangene Signal wenigstens
gleich einem vorbestimmten Grenzwert (K1) ist.
45. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das außerhalb des Abtastwinkelbereiches (54) eine Leucht
diode (88) im Weg des die Abtastbewegung ausführenden
Sende-Impulslichtbündels (21) angeordnet ist und der
Computer (38) während des Überstreichens der Leuchtdiode
(88) durch einen dem Empfangs-Lichtimpulsbündel (20) ent
sprechenden Bereich des Drehspiegels (16) überprüft, ob
das Signal/Rausch-Verhältnis wenigstens gleich einem vor
bestimmten Grenzwert (K2) ist.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 45,
dadurch gekennzeichnet,
das an den Computer (38) ein Interface (39) angeschlos
sen ist, an dessen Ausgang die erwünschten Ausgangs
signale und -werte einschließlich Fehlersignalen abgenom
men und der weiteren Nutzung zugeführt werden können.
47. Laserabstandermittlungsvorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
das sie angewendet wird
- - bei der Selbststeuerung von Fahrzeugen (120) zur Schaf fung eines definierten Schutzbereiches (122) vor dem Fahrzeug (120);
- - durch Anordnung an der Frontseite eines Fahrzeuges (120) zum Kollisionsschutz mit Hindernissen (123) durch Definition eines entsprechenden Schutzbereiches (122');
- - durch Anordnung an der Frontseite eines Fahrzeuges (120) zur Schaffung eines Kollisionsschutzbereiches (122''), der in mehrere Sektoren (S1 bis S16) des Abtastwinkelbereiches (54) aufgeteilt ist, von denen jeder einen eigenen und wohldefinierten Sicherheitsabstand definiert;
- - durch Anordnung an der Frontseite eines Fahrzeuges (120) zwecks Definition eines Erfassungsbereichs (124), aufgrund dessen ein im Fahrzeug angeordnetes Navigationsgerät (125) hinsichtlich seiner einwand freien Arbeitsweise überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden kann;
- - beim Schutz von Personen (104) an gefährlichen Arbeits maschinen (126) durch Definition eines entfernungsbe grenzten Schutzbereiches (127), wobei die gefährliche Arbeitsmaschine (126) sich zweckmäßigerweise im von der erfindungsgemäßen Vorrichtung (121) abgewandten Endbereich des Schutzbereiches (127) oder unter der Maschine befindet.
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