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Fotodetektor-System zum Feststellen bzw. Messen
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der Position einer oder mehrerer Lichtquellen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Fotodetektor-System zum Feststellen bzw. Messen der Position einer
oder mehrerer Lichtquellen mittels einer fotoempfindlichen Detektoranordnung, zu
der das von der jeweiligen Lichtquelle abgegebene Licht durch eine optische Abbildungsanordnung
hingeleitet wird.
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Ein System der vorstehend bezeichneten Art ist bereits bekannt (EP-Anmeldung
81106262.9). Dabei sind die fotoempfindliche Detektoranordnung und die optische
Abbildungsanordnung bezüglich der gleichen Achse rotationssymmetrisch aufgebaut.
Mit Hilfe dieses bekannten Systems ist es zwar möglich, die Anzeige der positionsempfindlichen
Fotodetektoranordnung von der Oberflächengestalt des jeweils untersuchten Gegenstands,
von der Größe des auf seine Oberfläche geworfenen Lichtflecks und von unterschiedlich
starken Reflexionen oder Streuungen der Oberfläche des jeweils untersuchten Gegenstands
weitgehend unabhängig zu machen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Erfassungsbereich,
d. h. der Bildwinkel der fotoempfindlichen Detektoranordnung einen zuweilen nicht
ausreichenden Bereich einschließt.
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Man könnte nun ein System der vorstehend betrachteten bekannten Art
in einer Mehrzahl vorsehen und
nebeneinander anordnen, um den Erfassungsbereich,
d.h.
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den Bildwinkel auszuweiten. Dies ist im Prinzip auch möglich, zeigt
jedoch den Nachteil, daß eine lineare Verfassung der Position einer oder mehrerer
Lichtquellen praktisch nur längs der Achse möglich ist, längs der die betreffenden
Systeme nebeneinander angeordnet sind.
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Ändert sich indessen die Position der Lichtquelle oder der Lichtquellen
auch in anderer Richtung, so wirken sich im Bereich zwischen einander benachbarten
Systemen vorhandene kissenförmige Verzerrungen negativ auf die Auswertung der jeweils
gewonnenen Signale aus.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen,
wie bei einem System der eingangs genannten Art unter Vermeidung der vorstehend
aufgezeigten Nachteile ein erweiterter Erfassungsbereich für das Feststellen bzw.
Messen der Position einer oder mehrerer Lichtquellen erzielt werden kann.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem System der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Detektoranordnung durch
wenigstens einen Detektorkörper mit einer Mehrzahl von übereinander oder nebeneinander
angeordneten einzelnen Detektorelementen gebildet ist, die mit ihren Detektorflächen
relativ zueinander versetzt sind, und daß die optische Abbildungsanordnung durch
den einzelnen Detektorelementen zugehörige langgestreckte Linsenelemente gebildet
ist, die der relativen Versetzung der Detektorflächen entsprechend zueinander versetzt
angeordnet sind.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache
Weise die Position einer oder mehrerer Lichtquellen festgestellt bzw. gemessen werden
kann, deren Position sich in in einen relativ
weiten Erfassungsbereich
ändern kann, holme daß bei der betreffenden Feststellung bzw. Messung Problerne
der oben aufgezeigten Art auftreten. Dies bedeutet, daß in vorteilhafter Weise zwischen
den einzelnen Detektorelementen keine undefinierten Bereiche vorhanden sind, so
daß sich die jeweils zu erfassende Lichtquelle praktisch in beliebiger Richtung
in bezug auf die Detektorkörper ändern kann und dennoch in ihrer jeweiligen Position
klar erfaßbar ist.
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Von Vorteil ist ferner, daß gemäß der Erfindung mit geringeren Abmessungen
des Meßraumes als bisher ausgekommen wird und daß der Abstand zwischen der jeweiligen
Lichtquelle und den Detektorelementen kleiner sein kann, als dies bisher möglich
war. Dies bringt eine bessere Auflösung und Genauigkeit in der Auswertung der Meßsignale
mit sich.
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Vorzugsweise sind die Detektorelemente mit ihren Detektorflächen auf
einer gemeinsamen Linie liegend übereinander oder nebeneinander angeordnet. Dies
bringt den Vorteil eines relativ einfachen konstruktiven Aufbaus mit sich.
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Zweckmäßigerweise sind Jedoch zumindest zwei Detektorelemente in einer
Ebene mit ihren Detektorflächen zueinander versetzt vorgesehen, und in wenigstens
einer der betreffenden Ebene unmittelbar benachbarten Ebene ist wenigstens ein Detektorelement
vorgesehen, dessen Detektorfläche bezogen auf die Detektorflächen der in der erstgenannten
Ebene vorhandenen Detektorelemente versetzt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil,
daß der Jeweilige Detektorkörper einen relativ weiten Erfassungsbereich hat.
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Vorzugsweise sind die zwei unmittelbar benachbarten
ebenen
zugehörigen Linsenelemente mit ihren Linsenflächen in einer Uberlappungsbeziehung
zueinander angeordnet. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß ein relativ weiter
Erfassungsbereich eines Detektorkörpers mit relativ einfach aufgebauten Linsenelementen
erreicht wird.
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Von Vorteil ist es ferner, wenn mehrere Detektorkörper vorgesehen
und mit ihren Längsachsen jeweils in einer von zwei zueinander senkrechten Ebenen
angeordnet sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine räumliche Bestimmung
der Position einer oder mehrerer Lichtquellen vorzunehmen.
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Um die vorstehend erwähnte Positionsbestimmung mit einfachen Schaltungsmitteln
vornehmen zu können, sind die Detektorelemente der Detektorkörper mit ihren Signalausgängen
vorzugsweise an einer Rechenschaltung angeschlossentdie einen Mikroprozessor enthalten
kann.
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Es ist aber auch möglich, mehrere Detektorkörper vorzusehen und mit
ihren Längsachsen nebeneinander liegend anzuordnen. Dies bringt den Vorteil mit
sich, daß auf relativ einfache Weise Bewegungsabläufe in einer vorgegebenen Richtung
ohne weiteres erkannt und damit ausgewertet werden können.
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Die Lichtquellen, deren Licht festzustellen bzw. zu messen ist, gelangen
vorzugsweise im Zeitmultiplexbetrieb zum Aufleuchten. Dies ermöglicht in besonders
einfacher Weise die einzelnen Lichtquellen voneinander unterscheiden zu können.
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Es ist aber auch ohne weiteres möglich, als Lichtquellen, deren Licht
festzustellen bzw. zu messen ist, modulierte Lichtquellen zu verwenden. Auch diese
Maßnahme
ermöglicht in vorteilhafter Weise, die einzelnen Lichtquellen einfach voneinander
unterscheiden zu können. Die Modulation der betreffenden Lichtquellen kann die Frequenz
des jeweils abgegebenen Lichts betreffen.
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Um die einzelnen Lichtquellen auf besonders einfache Weise betreiben
zu können, ohne lästige Kabelverbindungen in Kauf nehmen zumUssen, sind vorzugsweise
die einzelnen Lichtquellen mit jeweils eigener Stromversorgung versehen.
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Vorzugsweise ist eine den Lichtquellen zugehörige Steuereinrichtung
vorgesehen, welche die Intensität des von den Lichtquellen abgegebenen Lichtes auf
einem vorgegebenen Wert hält. Von dieser Maßnahme wird in vorteilhafter Weise dann
Gebrauch gemacht, wenn der Abstand zwischen den Lichtquellen und den Detektorelementen
unterschiedlich ist bzw. variiert.
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Als Lichtquellen und als Detektorelemente dienen vorzugsweise Halbleiterelemente.
So werden als Lichtquellen insbesondere Leuchtdioden.(LED) verwendet, und als Detektorelemente
werden übliche Detektorelemente verwendet, wie sie im Zusammenhang mit dem oben
betrachteten bekannten System bereits beschrieben sind. Es sei hier angemerkt, daß
als Detektorelemente aber auch ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) verwendet werden
können.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in einer Perspektivansicht einen Detektorkörper, wie
er bei dem Fo+adetektor-System gemäß der Erfindung verwendet wird.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Detektorkörper.
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Fig. 3 zeigt in einer Perspektivansicht die Verwendung von drei Detektorkörpern
gemäß der Erfindung zur räumlichen Feststellung bzw. Messung der Position wenigstens
einer Lichtquelle.
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Fig. 4 zeigt in einer Ebene nebeneinanderliegend angeordnete Detektorkörper.
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Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung Verhältnisse, die
sich aus der Verwendung von zwei Detektorkörpern der in Fig. 3 dargestellten drei
Detektorkörper ergeben.
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Fig. 6 zeigt in einem Blockschaltbild eine Rechenschaltung, die in
Verbindung mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3 verwendbar ist.
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Fig. 7 zeigt in einem Zeitdiagramm Impulse, mit deren Hilfe Lichtquellen
zur Abgabe von Licht angesteuert werden können.
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Fig. 8 zeigt in einem Blockschaltbild eine Steuereinrichtung, mit
deren Hilfe die Intensität des von Lichtquellen abgegebenen Lichtes auf einem vorgegebenen
Wert gehalten werden kann.
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Fig. 9 zeigt eine MeBanordnung zum dreidiitensionalen Feststellen
bzw. Messen der Position einer oder mehrerer Lichtquellen Fig. 10 zeigt ein bekanntes
einachsiges Fotodetektor-System
Figur 10 zeigt ein bekanntes einachsiges
Detektor-System.
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Das von einer Lichtquelle 71 ausgehende Licht wird durch eine Linse
72 zu einem Lichtpunkt gebündelt, der auf die Oberfläche eines positionsempfindlichen
Fotodetektorelementes fällt. Das positionsempfindliche Fotodetektorelement besteht
aus einem halbleitenden Substrat 73, an dessen beiden Enden Elektroden 74 und 75
aufgebracht sind. Ferner ist in der Mitte an der Unterseite eine Elektrode 76 angebracht.
Mit der Elektrode 76 ist ein Pol einer Spannungsquelle 77 verbunden. Der andere
Pol der Spannungsquelle führt zum Plus-Eingang je eines Operationsverstärkers 78,
79. Der Minus-Eingang der beiden Operationsverstärker 78, 79 ist mit der entsprechenden
Elektrode 74, 75 verbunden. Ferner ist der Minus-Eingang jedes Operationsverstärkers
78, 79 mit dem entsprechenden Ausgang durch einen entsprechenden Gegenkopplungswiderstand
verbunden. Die Spannungen u1 und u2 an den Ausgängen der Operationsverstärker 78,
79 hängen davon ab, wo der Lichtfleck auf dem Substrat 73 auftrifft. Wenn der Lichtfleck
genau in der Mitte auftrifft, sind beide Spannungen gleich. Wenn der Lichtfleck
beispielsweise bei Veränderung der Lichtquelle 71 zu 71' näher an der Elektrode
74 auftrifft als an der Elektrode 75, so ist die Spannung u1 größer als die Spannung
u2. Jede Winkelveränderung der Lichtquelle 71 führt dementsprechend zu einer Änderung
der Spannungen an den Ausgängen der Operationsverstärker'78, 79. Das in Figur 10
gezeigte Fotodetektor-System entspricht dem Fotodetektor-System in Figur 4 der europäischen
Patentanmeldung 81106262.9 des Anmelders. Ein solches Fotodetektor-System wird als
"einachsig" bezeichnet. Dies deshalb, weil mit einem solchen System nur Ortsveränderungen
festgestellt werden können, die in Verbindungsrichtung zwischen den beiden Elektroden
74, 75 erfolgen.
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Wenn man rechtwinklig zu den streifenförmigen Elektroden 74, 75 an
den beiden Seiten des Substrates 73 weitere Elektroden anbringt und deren Ausgangssignale
in der gleichen Weise auswertet, wie es in Figur 10 gezeigt ist, so erhält man ein
'2zweiachsiges"Fotodetektor-System.
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Ein solches ist beispielsweise im IEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,
VOL. SC-13, NO. 3, June 19-78 beschrieben.
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Im vorliegenden Fall interessieren nur "einachsige" Lichtdetektor-Systeme.
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Figur 1 zeigt einen generell mit 1 bezeichneten Detektorkörper, der
bei dem Fotodetektor-System gemäß der Erfindung zum Feststellen bzw. Messen der
Position einer oder mehrerer Lichtquellen verwendbar ist. Der Detektorkörper 1 weist
einen kreisförmigen Zylinder auf, auf dessen Außenseite drei langgestreckte Linsenelemente
2, 3 und 4 vorgesehen sind. Diese Linsenelemente sind zylinderförmige Linsenelemente,
die im vorliegenden Fall in zwei verschiedenen Ebenen liegen. In der einen Ebene
befindet sich das Linsenelement 2, und in der anderen Ebene befinden sich die Linsenelemente
3 und 4. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Linsenelemente 3 und 4 so angeordnet,
daß sie mit ihren Linsenflächen in einer Überlappungsbeziehung zu der Linsenfläche
des Linsenelementes 2 liegen, welches in der anderen Ebene liegt.
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Den Linsenelementen 2, 3, 4 sind einzelne flache Detektorelemente
zugehörig, von denen in Fig. 1 lediglich das dem Linsenelement 2 zugehörige Detektorelement
5 gezeigt ist, und die nur in Linsenkrümmungsrichtung der Linsenelementepositionsempfindlich
sind und in Achsenrichtung der Linsenselemente einen exakt linearen Empfindlichkeitsverlauf
zeigen. In Fig.- 2 ist ge-
zeigt, daß den Linsenelementen 3 und
4 die Detektorelemente 6 bzw. 7 zugehörig sind. Aus Fig. 1 und 2 geht dabei hervor,
daß die Detektorelemente 5, 6 und 7 mit ihren Detektorflächen relativ zueinander
versetzt sind und daß die den einzelnen Detektorelementen 5, 6 und 7 zugehörigen
langgestreckten Linsenelemente 2, 3 bzw. 4 entsprechend der relativen Versetzung
der'Detektorflächen der Detektorelemente 5, 6 und 7 zueinander versetzt angeordnet
sind.
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An dieser Stelle sei noch angemerkt, daß in Abweichung von den in
Fig. 1 und 2 dargestellten Verhältnissen jeder Detektorkörper grundsätzlich mehr
Detektorelemente und Linsenelemente aufweisen kann, als zuvor angegeben. Im übrigen
sei hier noch angemerkt, daß im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 zwar gezeigt ist,
daß die Detektorelemente und diesen zugehörige Linsenelemente übereinander angeordnet
sind, daß aber durch entsprechende Drehung die betreffenden Elemente dann nebeneinander
angeordnet sind. Überdies sei noch angemerkt, daß die Detektorelemente in Abweichung
von den zuvor betrachteten Verhältnissen mit ihren Detektorflächen auf einer gemeinsamen
Linie liegend übereinander oder nebeneinander angeordnet sein können. In diesem
Fall wäre die betreffende Linie die Mittellinie des kreisförmigen Zylinderkörpers
bzw.
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Detektorkörpers 1.
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Fig. 3 zeigt die Anwendung dreier Detektorkörper der in Fig. 1 und
2 gezeigten Art. Gemäß Fig. 3 sind die
betreffenden Detektorkörper
mit 11, 12 und 13 bezeichnet. Die Detektorkörper 11 und 12 sind mit ihren Längsachsen
in vertikaler Richtung ausgerichtet, und der Detektorkörper 13 ist mit seiner Längsachse
in horizontaler Richtung angeordnet.
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Mit Hilfe der beiden Detektorkörper 11 und 12 wird der in Fig. 3 angedeutete
Raum in einer Ebene bezüglich der Position wenigstens einer (nicht dargestellten)
Lichtquelle überwacht bzw. erfaßt. Die Verwendung von zwei Detektorkörpern 11 und
12 bringt dabei eineAusweitung des Erfassungsbereiches gegenüber der Verwendung
nur eines Detektorkörpers mit sich. Mit Hilfe des Detektorkörpers 13 wird der erwähnte
Raum in der vertikalen Richtung überwacht.
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Die Detektorelemente der einzelnen Detektorkörper 11, 12 und 13 sind
mit ihren Signalausgängen an einer gemeinsamen Rechenschaltung 14 angeschlossen,
von der an Ausgängen X, Y und * für die einzelnen räumlichen Koordinaten einer Lichtquelle,
die sich in dem in Fig. 3 angedeuteten Raum befindet, kennzeichnende Positionssignale
abgegeben werden können. Hierauf wird im Zusammenhang mit Fig. 5 und 6 noch eingegangen
werden.
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Fig. 4 zeigt in Abweichung von den in Fig. 3 gezeigten Verhältnissen
einen Fall, gemäß dem mehrere Detektorkörper,die mit 16, 17, 18 und 19 bezeichnet
sind, vorgesehen und mit ihren Längsachsen nebeneinander liegend angeordnet sind.
Durch eine solche Anordnung
der Detektorkörper 16 bis 19 wird ein
relativ weiter Erfassungsbereich für Lichtquellen erzielt, deren Position zu bestimmen
bzw. zu messen ist. Derartige Lichtquellen können beispielsweise von Sportlern getragen
werden, um deren Bewegungen feststellen und auswerten zu können.
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Bezüglich der in Fig. 4 gezeigten Verhältnisse sei noch angemerkt,
daß in den schraffierten Bereichen 20 eine Doppelauswertung der von jeweils einer
Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen erfolgt. In diesen Fällen kann jedoch eine
entsprechende Korrektur der Ausgangssignale der betroffenen Detektorkörper 16 bis
19 erfolgen.
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Fig. 5 veranschaulicht mathematische Beziehungen, die zwischen den
in Fig. 3 dargestellten Detektorkörpern 11 und 12 vorhanden sind. Gemäß Fig. 5 sind
die beiden Detektorkörper 11 und 12 in ein Koordinatenfeld mit einer x-Achse und
mit einer y-Achse gelegt. Eine Lichtquelle ist mit Py bezeichnet, um anzudeuten,
daß deren x- und y-Kooridnatenwerte zu bestimmen sind.
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Eine von dem Detektorkörper 11 zu dem Punkt Px,y verlaufende Gerade
bildet mit der y-Achse einen Winkel « Eine zwischen dem Detektorkörper 12 und dem
Punkt Px, y verlaufende Gerade bildet mit der y-Achse einen Winkel ß . Der Abstand
zwischen den beiden Detektorkörpern 11 und 12 beträgt 2d. Mit Rücksicht auf diese
Werte ergeben sich folgende Beziehungen: 2d = y (tan+ tan) , (1) woraus für y die
Beziehung folgt 2d y = tan+ + tanj3 ) (2) und der Wert x ergibt sich zu x = -d +
ytan c& (3)
Für Gie Bestimmung der vorstehend angegebenen Koordinatenwerte
y und x sind lediglich die Großen tan und tan ß erforderlich. Diese Größen sind
jedoch den Ausgangssignalen proportional, welche die Detektorkörper 11 und 12 bzw.
deren Detektorelemente liefern.
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Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die Ausgangssignale
der Detektorelemente der Detektorkörper 11 und 12 nach Multiplikation mit bestimmten
vorgegebenen Proportionalitatskonstanten für die Größen tana und tan/3 verwendet
werden können.
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Fig. 6 zeigt in einem Blockschaltbild eine Rechenschaltung, welche
die zuvor erwähnten Größen tan und tan ß für die Durchführung von Rechenvorgängen
ausnutzt. Gemäß Fig. 6 wird einem Eingangsanschluß 21 die Größe tan d zugeführt,
und einem Eingangsanschluß 22 wird die Größe tan ß zugeführt. An dieser Stelle sei
angemerkt, daß tatsächlich die betreffenden Größen tan d und tan angebende Binärzahlen
bzw.
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Binärwörter zugeführt werden. An den beiden Eingängen 21 und 22 ist
eine erste Rechenschaltung 23 mit ihren Eingängen angeschlossen. Diese Rechenschaltung
23 gibt an einen Ausgangsanschluß 25 ein Ausgangssignal ab, welches der obigen Gleichung
(2) genügt. Dies bedeutet, daß am Ausgangsanschluß 25 ein Ausgangs signal auftritt,
welches den y-Koordinatenwert einer gerade erfaßten Lichtquelle betrifft.
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Am Ausgang der Rechenschaltung 23 und am Eingangsanschluß 21 ist eine
weitere Rechenschaltung 24 angeschlossen, welche an einem Ausgangsanschluß 26 ein
Ausgangssignal entsprechend der obigen Beziehung (3) abgibt. Dies bedeutet, daß
am Ausgangsanschluß 26 ein für den x-Koordinatenwert einer gerade erfaßten Lichtquelle
kennzeichnendes Ausgangssignal zur Verfügung steht.
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Ergänzend zu den vorstehenden Ausführungen sei noch angemerkt, daß
eine den in Fig. 6 angedeuteten Rechenschaltungen entsprechende Rechenschaltung
vorgesehen sein kann, um bezüglich des Detektorkörpers 13 gemäß Fig. 3 eine Positionsbestimmung
für eine Lichtquelle in einer weiteren Koordinatenachse z vorzunehmen. Der betreffende
Koordinatenwert z genügt dabei der Beziehung z = ytanf) (4) wobei t der Winkel bedeutet,
den eine Gerade zwischen dem Detektorkörper 13 gemäß Fig. 3 und einer Lichtquelle
in bezug auf eine Bezugsebene (das ist die x-y-Ebene) einschließt.
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Um die Position der einzelnen Lichtquellen mit Hilfe der zuvor beschriebenen
Detektorkörper ermitteln zu können und zugleich eine Unterscheidung zwischen den
verschiedenen Lichtquellen treffen zu können, ist vorgesehen, die betreffenden Lichtquellen
entweder im Zeitmultiplexbetrieb nacheinander zum Aufleuchten zu.bringen bzw. gelangen
zu lassen, oder aber die einzelnen Lichtquellen in der Frequenz zu modulieren, so
daß sie verschiedenfarbenes Licht ausstrahlen. Es ist aber auch möglich, beide Maßnahmen
in Verbindung miteinander anzuwenden.
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Fig. 7 zeigt in einem Zeitdiagramm verschiedene Impulse, die für den
Zeitmultiplexbetrieb einer Vielzahl von Lichtquellen verwendet werden können. Mit
30 sind in Fig. 7 Triggerimpulse bezeichnet, die dazu aüsgenutzt werden können,
auf die Zuführung eines weiteren Impulses 31, 32 bzw. 3n hin Licht abzugeben, und
zwar für die Dauer des betreffenden Impulses 31, 32 bzw. 3n.
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Wie auf der Zeitachse in Fig. 7 aufgetragen, wiederholen sich die
betreffenden Vorgänge in einem festgelegten Zyklus. Dabei können die einzelnen Licht-
quellen
vorzugsweise mit eigener Stromversorgung, d.h.
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mit eigener Batterie versehen sein.
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Der vorstehend erwähnte Zeitmultiplexbetrieb der.
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einzelnen Lichtquellen kann in Abweichung von den im Zusammenhang
mit Fig. 7 speziell erläuterten Verhältnissen auch so erfolgen, daß die einzelnen
Lichtquellen gesonderte Zeitgeber enthalten, welche beispielsweise in der aus Fig.7
ersichtlichen gestaffelten Weise zur Wirkung gelangen. Dazu kann der Jeweilige Zeitgeber
beispielsweise von einem der Trigger.
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impulse 30 gemäß Fig. 7 angesteuert werden.
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Fig. 8 zeigt in einem Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung, mit
deren Hilfe das Nutz-Rausch-Signalverhältnis bei der Auswertung der die Position
von Lichtquellen angebenden Signale relativ hoch gehalten werden kann. Die betreffende
Schaltungsanordnung weist zwei Eingangsanschlüsse 40 und 42- auf, denen Signale
zugeführt werden, die für unterschiedliche Koordinatenwerte einer Lichtquelle in
ein und derselben Koordinatenrichtung, z.B. in der x-Koordina tenri chtung, kennzeichnend
sind. Am Eingangsanschluß 40 ist ein Verstärker 41 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor
angeschlossen. Ausgangsseitig ist der Verstärker 41 -am Eingang + eines Differenzverstärkers
44 und am Eingang + eines Summ&erers 47 angeschlossen. Der Differenzverstärker
44 ist mit seinem Eingang - zusammen mit einem weiteren Eingang + des Summierers
47 am Ausgang eines Verstärkers 43 ahgeschlossen, dessen Verstärkungsfaktor einstellbar
ist und der eingangsseitig an dem Eingangsanschluß 42 angeschlossen ist.
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Am Ausgang des Differenzverstärkers 44 ist eine Detektorschaltung
45 angeschlossen, die an einem
Ausgangsanschluß 46 einen x-Wert
abgibt.
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Am Ausgang des Summierers 47 ist eine Detektorschaltung 48 angeschlossen,
die an einem Ausgangsanschluß 49 ein Steuersignal abgibt, welches für die Intensität
bzw. Stärke des jeweiligen Signals kennzeichnend ist.
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Dieses Signal wird ferner über einen Analog-Digital-Wandler (-ADC)
50 zur Ansteuerung eines Speichers 51 ausgenutzt, in welchem das jeweils letzte
Abfrageergebnis, d.h. das jeweils zuvor ermittelte Intensitätssignal abgespeichert
ist. Dieses Signal wird mit dem nunmehr von dem Analog-Digital-Wandler 50 abgegebenen
Signal in einer Logikschaltung 52 verglichen, um ein Einstellsignal zur Einstellung
der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 41 und 43 zu gewinnen. Durch diese Maßnahme
wird ein Intensitätsabfall bzw. ein übermäßiger Intensitätsanstieg der Eingangssignale
ausgeglichen. Durch Ausnutzen der an den Ausgangsanschlüssen 46 und 49 auftretenden
Signale kann somit die Intensität des von den Lichtquellen abgegebenen Lichtes auf
einem vorgegebenen Wert gehalten werden.
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Vorstehend ist ein System zum Feststellen bzw. Messen der Position
einer oder mehrerer Lichtquellen mittels einer fotoempfindlichen Detektoranordnung
erläutert worden. Mit Hilfe derartiger Lichtquellen, die insbesondere durch Halbleiterelemente,
wie Leuchtdioden (LED) gebildet sein können, ist es möglich, Bewegungsabläufe zu
erfassen, wie beispielsweise von Sportlern oder von Parkinson-Kranken. Es ist aber
auch ohne weiteres möglich, die Erfindung zur Erfassung von beliebigen Bewegungsabläufen,
beispielsweise auch in industriellen Bereichen, anzuwenden. Als Detektorelemente
können dabei u.a. auch CCD-Detektoren verwendet werden. Ganz allgemein können die
verwendeten Detektorelemente irgendwie geformte Oberflächen, also z. B. auch gekrümmte
Oberflächen aufweisen.
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In Fig. 9 ist eine Meßanordnung zum dreidimensionalen Feststellen
bwz. Messen der Position einer oder mehrerer Lichtquellen gezeigt. Dieses System
kann beispielsweise für bio-mechanische Messungen, in der Sportmedizin und zur Überprüfung
von Bewegungsabläufen beim Sporttraining verwendet werden. Ferner kann diese Meßanordnung
für Messungen bei Autozusammenstößen od. dgl.
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verwendet werden.
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Die in Fig. 9 gezeigte Meßanordnung besteht aus einem rohrförmigen
vertikalen Träger 60, an dem mit etwa gleichem Abstand zueinander drei einachsige
Fotodetektor-Systeme 61, 62, 63 vorgesehen sind. Der Winkelbereich des obersten
Detektorsystems 61 ist durch eine Gerade 64 und durch eine Schräge 65 begrenzt.
Der Winkelbereich des untersten Detektor-Systems ist durch eine Gerade 67 und eine
Schräge 66 begrenzt. Die beiden Winkelbereiche der beiden Fotodetektor-Systme 61,
63 gehen in einem bestimmten Abstand von dem Träger 60 ineinander über.
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Der Winkelbereich des mittleren Fotodetektor-Systems 62 ist durch
die gestrichelte Linie 68, 69 angedeutet.
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Dieser Winkelbereich erstreckt sich senkrecht zu den Winkelbereichen
der äußeren Fotodetektor-Systeme 61, 63. Der Winkelbereich des mittleren Fotodetektor-Systems
62 ist allerdings nicht auf die durch die Linien 68, 69 begrenzte Ebene beschränkt,
sondern er hat auch in vertikaler Richtung einen hier nicht dargestellten öffnungswinkel.
Das mittlere Fotodetektor-System 62 registriert jedoch nur Veränderungen von Lichtquellen,
die senkrecht zur Zeichnungsebene erfolgen. Demgegenüber registrieren die beiden
äußeren Fotodetektor-Systeme 61, 63 Anderungen von Lichtquellen, die zwischen Decke
und Boden des Meßraumes erfolgen.
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In dem Meßraum in Figur 9 trägt eine Versuchsperson 70 eine Lichtquelle
71, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode. Mit den drei Fotodetektor-Systemen
61, 62, 63 können drei Winkelkoordinaten festgestellt werden, die mittels eines
Rechners in kartesische Raumkoordinaten umgerechnet werden können.
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Es ist auch möglich, daß die Versuchsperson 70 mehrere Lichtquellen
71 trägt. Diese können dann beispielsweise unterschiedlich moduliert sein, wodurch
eine Trennung der jeder Lichtquelle zugeordneten Reaktionssignale an den Fotodetektorsystemen
61, 62, 63 möglich ist.
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Eine solche Verwendung mehrerer Lichtquellen und eine entsprechende
Trennung der Signale ist beispielsweise in der DE-OS 23 39 390 beschrieben.
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Die drei Fotodetektor-Systeme 61, 62, 63 können vom Schmalwinkeltyp
gemäß Figur 10 sein oder vom Weitwinkeltyp gemäß den Figuren 1 und 2.
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