DE3618271A1

DE3618271A1 - Optische lageortungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3618271A1
Application number: DE19863618271
Authority: DE
Inventors: James L Griffin
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1986-12-11
Also published as: GB8612697D0; JPS625428A; GB2176282A; SE8602233D0; FR2583159A1; SE8602233L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte optische Lageortungsvorrichtung, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes innerhalb einer Zielzone durch optische Mittel.

Während die Vorrichtung gemäß der Erfindung Anwendung finden kann in zahlreichen Anwendungsarten, wird doch die Offenbarung durch besondere Bezugnahme auf ihre Verwendung als optische Schirmberührungseingabevorrichtung für einen Computer und eine computerartige Einrichtung erleichtert. Die zunehmende Vorherrschung solcher Computer und anderer computerartiger Vorrichtungen hat die Notwendigkeit zur Vereinfachung der Berührungsfläche zwischen Benutzer und Computer erkennen lassen, beispielsweise zur Erleichterung der Eingabe von Daten in den Computer / oder eine andere Vorrichtung. Es sind Vorrichtungen wie Tastaturen, Joy-Stick-Steuerungen und verschiedene Arten von "Schirmberührungs"-Eingabevorrichtungen ("touch screen" input apparatus) erfunden worden.

Die letztgenannte Art einer Schirmberührungseingabevorrichtung findet allgemein Anwendung bei einem Display-Element vom Kathodenstrahlröhrentyp, das bei zahlreichen Computern und Computerterminals benutzt wird. Diese Schirmberührungseingabevorrichtungen beinhalten SchirmüberLagerungen, die den Bildschirmen einer Kathodenstrahlröhre

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überlagert sind und entweder vom kapazitiven oder Widerstandstyp oder wahlweise UItraschal Leinrichtungen sein oder aus einem Leitgitter bestehen können«, Allgemein gesagt, spüren diese Überlagerungen die Lage eines Pointers, Fingers oder dergleichen relativ zu dem Bildschirm auf und bestimmen diese, um einen Teil der dargestellten Information auszuwählen oder anzuzeigen. Jedoch hat die Verwendung derartiger Überlagerungen vor dem Kathodenstrahlröhrenschirm die Neigung, die Sichtqua Ii tat des Bildes bei seiner Erscheinung gegenüber dem Benutzer zu verschlechtern. Das heißt, daß eine solche überlagerung nicht nur den Kontrast oder die Helligkeit der Darstellung gegenüber dem Benutzer verschlechtern kann^, sondern auch die Auflösung des Bildes. Bei zahlreichen Anwendungsarten ist die erhöhte Auflösung des Bildes ein bedeutendes Betriebsmerkmal, so daß die Hinzufügung einer überlagerung, welche die Auflösung verschlechtert, unerwünscht ist.

Außerdem können derartige Überlagerungen Schmutz, Staub oder dergleichen anziehen und einfangen^. um weiter zur Verschlechterung der Bildqualität beizutragen= Ση dieser Hinsicht werden derartige Überlagerungen häufig aus Materialien hergestellte welch® leicht zerkratzt oder anderweitig mit der Zeit oder im gebrauch weiter beschädigt werden können^, was zusätzlich zu den Problemen der sieht =

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baren BiIdverschlechterung beiträgt. Diese Materialien können auch in starkem Maße die Wirksamkeit der nicht flimmernden Oberflächenvergütung des Kathodenstrahlröhrenbildschirms vermindern. Außerdem erhöhen derartige Überlagerungen zur Berührung des Schirms sowohl die Komplexität als auch die Kosten der Herstellung, wenn verstärkte Auflösungen in ihrer eigenen Ortungs- oder Lageortungsfähigkeiten bewirkt werden.

Es sind bereits optische Schirmberührungseingabevorrichtungen vorgeschlagen worden, um die oben erwähnten Mängel von SchirmberührungsüberLagerungen zu überwinden. Derartige optische Vorrichtungen schaffen im allgemeinen einen "Lichtvorhang" vor der Kathodenstrahlröhre oder einem anderen Bildschirm, vorzugsweise in dem nicht sichtbaren Infrarotbereich, um nicht sichtbar die Erscheinung des Bildes gegenüber dem Benutzer zu stören. Das Durchdringen dieses Vorhangs durch einen Gegenstand wie beispielsweise den Finger eines Benutzers, einen Bleistift oder dergleichen ist durch die Vorrichtung leicht auffindbar und wird im Sinne des Fixierens der Lage der Durchdringung des Gegenstandes relativ zu der Schirmberührung und daher relativ zu dem Bildschirm interpretiert.

Bei einem derartigen optischen Schirmberührungseingabe-

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gerät, welches weit verbreitete Aufnahme gefunden hat,, begrenzt ein allgemein geradliniger Rahmen eine allgemein rechteckige Zielzone. Eine Lichtverteilungs= und Auffindevorrichtung ist in einer Ecke des Rahmens angeordnet und lenkt Licht in die Zielzone» Auf jeder Seite der Zielzone erstrecken sich von einer Ecke derselben . gegenüber der Ecke, in welcher die Lichtvertei lungs= und Ortungsanordnung angeordnet ist, Reflexionseinrichtungen entlang. Eine dritte Reflexionseinrichtung ist so angeordnet, daß sie eine weitere Seite der Zielzone zwischen dem sonst freien äußeren Ende einer der ersten beiden Anordnungen in der Ecke überspannt, in welcher die Liehtver= teilungs- und Ortungsvorrichtung angeordnet ist- Diese dritte Reflexionseinrichtung und die Reflexionseinrichtung, gegen die sie anstößt, umfassen Rückspiegelungsanordnungen, welche so angeordnet sind^> daß sie das darauf einfallende Licht direkt auf seinem Einfallsweg entlang zurückreflektieren. Die verbleibende RefIeKionseinrichtung enthält vorzugsweise einen Spiegel, der so angeordnet ist, daß er das von der Lichtquelle gesendete Licht zu einer der Rückspiegelungseinrichtungen zurück reflektiert,, und umgekehrt.

Der Detektor ist zum Orten des von den betreffenden Rückspiegelungseinrichtungen und dem Spiegel zurückkehrenden

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Lichtes angeordnet. Es ist eine Abtastvorrichtung vorgesehen zum Abtasten der Zielzone, um von ihr zurückkehrende Lichtstrahlen aufzunehmen. Daher bestimmt eine Bestimmung der Winkellage der Abtastanordnung in jedem beliebigen gegebenen Augenblick relativ zu der Zielzone auch die Winkellage des Weges des in diesem Augenblick auf den Detektor einfallenden zurückkehrenden Lichtes. Das Vorhandensein eines Gegenstandes in der Zielzone verursacht eine merkliche Abnahme in der Menge des bei wenigstens zwei Winkelorientierungen reflektierten Lichtes. Die erste dieser Orientierungen ist diejenige, bei welcher ein Strahl den Gegenstand direkt von der Quelle her erreicht und durch eine der Rückspiegelungseinrichtungen direkt zu dem Detektor zurückreflektiert wird. Die zweite dieser Winkelorientierungen ist diejenige, bei welcher der Lichtstrahl während einer oder beider seiner Bewegungslinien von der Quelle, zum Gegenstand, zum Rückspiegelungsreflektor und wieder zurück zum Detektor von dem Spiegel reflektiert wird. Nach Bestimmung der beiden Winkel, bei denen die verminderte zurückkehrende Lichtenergie festgestellt wird, kann die Lage des Gegenstandes relativ zu den zwei Dimensionen des Bildschirms leicht bestimmt werden.

Eine optische Schirmberührungseingabevorrichtung, wie im

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obigen diskutiert, bildet den Gegenstand der gleichlaufenden Anmeldung Serial No. 492/859 desselben Anmelders vom 9. Mai 1983, die dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung überschrieben wurde.

Während das oben erwähnte System weitverbreitete Annahme gefunden hat, ist es dennoch weiter verbesserungsfähig. Beispielsweise besteht bei einem optischen System dieser Art immer die Schwierigkeit in Verbindung mit den in der Vorrichtung auftretenden Lichtverlusten, welche die den Detektor erreichende Netto-Lichtmenge vermindern= Um die Sensibilität und Auflösung der Vorrichtung zu maximieren, ist es wünschenswert, die Energie der Metto~Lichtmenge und damit den Kontrast zwischen dem den Detektor direkt erreichenden reflektierten Licht gegenüber dem durch den aufzufindenden Gegenstand blockierten Licht zu maximieren. Der Verlust von verfügbarem Licht innerhalb der Zielzone der Vorrichtung kann daher sowohl die Auflösung als auch die Sensibilität der Vorrichtung vermindern^ und derartige Verluste sind besonders merklich bei zunehmender Größe der Zielzone. Außerdem wird es bei der obigen Vorrichtung, in welcher - wie oben kurz erwähnt - als eine der reflektierenden Oberflächen ein Spiegel verwendet wird, allgemein wünschenswert gefunden, ein Filter vor dem Spiegel zu verwenden, um das reflektierte Licht auf die verwende-

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ten InfrarotwelLenlängen zu begrenzen und so einige der unerwünschten Wirkungen von in dem Betriebsreich vorhandenem UmgebungsIicht zu vermeiden. Diese letztgenannte Schwierigkeit der Empfindlichkeit derartiger Vorrichtungen oder einer solchen Anlage gegenüber den Wirkungen von UmgebungsIicht muß auch in einer solchen Vorrichtung angesprochen werden. Es ist jedoch zu beachten, daß die Verwendung derartiger zusätzlicher Filter und dergleichen weiter zu den Lichtverlusten in der Vorrichtung beiträgt.

Darüber hinaus wird das Einhalten mechanischer Toleranzen beim Positionieren und dem Zusammenbau der verschiedenen Teile der Schirmberührungsvorrichtung bei Zunahme der Gesamtgröße derselben zunehmend kritisch. In dieser Hinsicht wird es bei Zunahme der Größe des Spiegelabschnitts derselben zunehmend schwierig, einen im wesentlichen flachen und gleichmäßigen Spiegel innerhalb der erwünschten Toleranzen zu bauen. Es ist zu beachten, daß die Aufrechterhaltung der reflektiven Eigenschaften des Spiegels innerhalb erwünschter Toleranzen von Bedeutung ist, indem von dem Spiegel reflektiertes Licht sonst die Rückspiegelungsflächen nicht erreichen könnte, was zu einem möglichen Verlust an Auflösung oder sogar zu "Blindflecken" (blind spots) in der Vorrichtung führen könnte. Andererseits

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sind, da RückspiegeLungsvorrichtungen aufgrund ihrer Eigenart das Licht in der Richtung des darauf einfallenden Lichts zurückwerfen, die richtige Anordnung und Lagerung sowie auch das Aufrechterhalten von Toleranzen während der Herstellung derselben nicht annähernd so kritisch wie bei einem Spiegel.

In dieser Hinsicht sind optische Lageortungsvorrichtungen in Verbindung mit Bildschirmen von bis zu einer Größenordnung von 25 Zoll diagonaler Abmessung verwendet worden, ohne daß nennenswerte Verluste auftraten» Es ist jedoch nunmehr erwünscht, die Größe der Vorrichtung erheblich zu vergrößern, und zwar zur Verwendung in Verbindung mit einem Bildschirm bis zu einer Größenordnung von 10 Fuß in der diagonalen Abmessung. Es ist ersichtlich^ daß die Probleme der Lichtverluste in der Zielzone bei Vorrichtungen so erheblich vergrößerter Größe besonders akut werden können.

Λ Es ist daher die Aufgabe der Erfindung^ eine neue und verbesserte optische Lageortungsvorrichtung zu schaffen.

Insbesondere erstrebt die Erfindung die Schaffung einer optischen Lageortungsvorrichtung, die in der Lage ist, die Lage eines Gegenstandes in einer Zielzone zu orten,

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die erheblich größer ist als bei bekannten derartigen Vorn" chtungen.

In Verbindung hiermit erstrebt die Erfindung die Schaffung einer optischen Lageortungsvorrichtung entsprechend der obigen Aufgabe, welche die oben genannten Probleme im wesentlichen vermeidet.

Kurz gesagt, enthält eine optische Lageortungsvorrichtung entsprechend der obigen Aufgabe Lichtsendeeinrichtungen, Lichtauffindeeinrichtungen zum Auffinden des Pegels vorhandenen Lichtes und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals, Einrichtungen zur Bildung einer im wesentlichen rechteckigen Zielzone, sowie Lichtlenkeinrichtungen zum anfänglichen Lenken von Licht von der Lichtsendeeinrichtung zu der Zielzone und zum Lenken von der Zielzone empfangenen zurückkehrenden Lichts zu der Lichtauffindeeinrichtung, wobei die Lichtsendeeinrichtung, die Lichtauffindeeinrichtung und die Lichtlenkeinrichtung eine Lichtquelle, einen Detektor und eine Licht lenkeinrichtung beinhalten, die jeweils an einer ersten Ecke und einer zweiten Ecke der Zielzone längs einer gemeinsamen ersten Seite derselben angeordnet sind, sowie ferner eine Anzahl reflektierender Einrichtungen, die um die Zielzone herum angeordnet sind und erste und zweite Reflektoranordnungen enthalten, die nach innen

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auf die Zielzone gerichtet sind und zweite und dritte Seiten derselben bilden, sowie einen dritten Reflektor, der eine vierte Seite der Zielzone gegenüber der ersten Seite und ihr zugewendet bildet, wobei die ersten,, zweiten und dritten Reflektoranordnungen jeweils aus Rückspiegelungsmaterial bestehen.

Die Merkmale der Erfindung, die für neu gehalten werden, sind im einzelnen in den beigefügten Ansprüchen nieder-/-3 gelegt. Die Organisation und Betriebsart der Erfindung, zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorzügen derselben, werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gleiche Elemente kennzeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht von etwas schematischer Form

auf eine optische Lageortungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht einer Ausführungsform der Lichtverteilungs- und Auffindevorrichtung in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 1, und

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Fig. 3 eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 2, die in einer etwas schematischen Gestalt eine Alternative gegenüber der Lichtverteilungs- und Detektoreinrichtung zeigt.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen zunächst Fig. 1 eine optische Lageortungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 10 besteht aus einem Gehäuse oder Rahmeneinbau 12, welcher dazu dient, die verschiedenen Elemente der Vorrichtung 10 in der richtigen Beziehung zueinander zu halten, sowie auch diese Elemente gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen. Das Gehäuse oder der Rahmeneinbau 12 ist von allgemein geradliniger Gestalt und dient zur Begrenzung einer geradlinigen oder rechteckigen Zielzone 14,innerhalb welcher die Lage von Gegenständen zu bestimmen ist. Die Zielzone 14 ist ferner begrenzt durch eine erste oder Oberseite 16 des Gehäuses und eine entsprechende Reflektoreinrichtung oder Reflektoreinbauten, die allgemein durch die Bezugszeichen 18, 20 und 22 bezeichnet und längs den Seiten 19, 21 und 23 des Rahmens 12 angeordnet sind. Die Reflektoreinrichtungen 18 und 20 sind an zweiten und dritten gegenüberliegenden Seiten der Zielzone 14 angeordnet und begrenzen diese im allgemeinen, und die Reflektoreinrichtung

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oder dieser RefLektoreinbau 22 ist Längs einer vierten Seite der ZieLzone 14, allgemein gegenüber der ersten Seite 16 angeordnet und begrenzt diese im allgemeinen,, Gemäß einem MerkmaL der Erfindung besteht jede dieser RefLektoreinrichtungen oder dieser RefLektoreinbauten 18,

20 und 22 aus RückspiegeLungsmateriaL. Unter einem Rück" spiegeLungsmateriaL ist ein solcSies Material zu verstehen, welches dazu neigt, darauf einfallendes Licht im wesentlichen direkt auf dem Einfal Isueg entlang zurückzureflekti eren.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind ein Paar ähnlicher Lichtverteilungs- und Auffindeeinbauten 24 und 26 allgemein im Bereich der entsprechenden Ecken 28 und 30 angeordnet, die an gegenüberliegenden Enden der ersten oder Oberseite 16 des Rahmens 12 gebildet sind= Das heißt, diese Einbauten 24 und 26 sind im Bereiche der Ecken an geordnet, die durch die gegenüberliegenden Seiten 19 und

21 mit der oberen oder Oberseite 16 des geradlinigen Rahmeneinbaus 12 gebildet werden=

Da diese Lichtverteilungs= und Auffindeeinbauten 24 und 26 identisch sind, wird ihre Konstruktion nur mit Bezug auf den Einbau 24 beschrieben. Der Einbau 24 enthäLt eine Licht· sendeeinrichtung oder eine Lichtquelle 32^ eine Betektor-

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einrichtung 34 zum Auffinden des Pegels des daran vorhandenen Lichtes und zur Erzeugung eines entsprechenden oder damit in Beziehung stehenden Ausgangssigna Is, sowie LichtLenkvorrichtungen 36 zum Lenken von Licht von dem Licht quer gegenüber oder in die Zielzone 14. Wie aus dem folgenden ersicht I ich, lenkt die Lenkvorrichtung zusätzlich das von der Zielzone 14 zurückkehrende Licht zu dem Detektor 34.

Es wird nunmehr im einzelnen auf die Reflektoreinrichtungen oder Einbauten 18, 20 und 22 - wie erwähnt - Bezug genommen, die jeweils aus Rückspiegelungsmaterial bestehen. Ein solches Rückspiegelungsmaterial hat die Eigenart, daß bei innerhalb gegebener Grenzen einer Winkelverschiebung relativ zu seiner Oberfläche an dem Einfallspunkt empfangenem Licht ein relativ großer Prozentsatz dieses Lichtes auf demselben Einfallsweg zurückreflektiert wird. In dieser Hinsicht werden diese Grenzen der Winkelverschiebung im Anschluß hieran auch als die festgelegten oder vorgeschriebenen Winkelbegrenzungen des Rückspiegelungsvorgangs bezeichnet. Sowie Licht auf die Rückspiegelungsfläche außerhalb dieser festgelegten oder vorgeschriebenen Winkelbegrenzungen einfällt, fällt der Prozentsatz des Lichtes, welches zurückgespiegelt wird, rapide ab.

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Demgemäß ist in der dargestellten Ausführungsform jeder der Rückspiegelungsreflektoren 18 und 20 etwa bogenförmig gekrümmt und relativ zu dem Rahmen 12 und den Lichtverteilungs- und Auffindeeinbauten 24 und 26 in einer Weise angeordnet, um sicherzustellen, daß darauf einfallendes Licht von der gegenüberliegenden der Lichtlenkeinrichtungen 36 zu derselben Licht lenkeinrichtung 36 zuruckreflektiert wird. In dieser Hinsicht ist ersichtlich, daß der Rückspiegelungsreflektor 18 das Licht nur mit Bezug auf die gegenüberliegend angeordnete Lichtverteilungs- und Detektoranordnung 26 zurückreflektiert. In derselben Weise reflektiert der Rückspiegelungsreflektor 20 Licht mit Bezug auf die gegenüberliegend angeordnete Lichtverteilungsund Auffindeanordnung 24 zurück.

Der verbleibende Rückspiegelungsreflektor 22 enthält ebenfalls einen bogenförmig gekrümmten Streifen aus Rückspiegelungsmaterial, welcher mit Bezug auf die Bodenseite des Rahmens 12 so gekrümmt und angeordnet ist^ daß er das gesamte von sowohl der Lichtverteilungsanordnung 24 als auch der Lichtauffindeanordnung 26 empfangene Licht zuverlässig zurückreflektiert. Insbesondere empfängt der Rückspiegelungsreflektor 22 das Licht mit Bezug auf die jeder dieser Anordnungen 24, 26 zugeordnete LichtLenkeinrichtung 36 und gibt es an diese zurück,

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Im Betrieb werden Gegenstände in der Zielzone, wie beispielsweise die Gegenstände 40, 42 und 44, aufgespürt und ihre Lagen durch eine geometrische oder Triangulationsmethode bestimmt. Diese Bestimmung zieht die relativen Winkel oder Winkelverschiebungen jeder dieser Gegenstände mit Bezug auf die Detektoreinrichtung 34 jeder der Lichtverteilungs- und Auffindeanordnungen 24 und 26 in Bet rächt..Diese Winkelorientierungen können wiederum bestimmt werden durch Verwendung einer Tasteinrichtung oder Tastanordnung zum Abtasten der Zielzone 14, um ein Signal zu erzeugen, daß über die Zeit mit entsprechenden Winkelorientierungen von Teilen der Zielzone 14 relativ zu irgendeinem festen Bezug in Wechselbeziehung gebracht werden kann. Ein derartiger fester Bezug könnte die Ecke sein, in welcher jede der LichtverteiLungs- und Auffindeanordnungen 24, 26 angeordnet ist.

Es wird nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen, gemäß der die Abtasteinrichtung ein Gehäuse 50 enthalten kann,welches zum UmLauf zwischen Vorder- bzw. Rückwänden 13, 15 des Rahmeneinbaus 12 gelagert ist. Die LichtLenkvorrichtung enthält hier einen StrahLteiler 36, welcher im Winkel angeordnet ist, vorzugsweise bei einem Winkel von 45° zwischen dem Gehäuse 50 und der Zielzone 14. Die Lichtquelle 32 ist an einer Seite des Strahlteilers 36 ange-

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ordnet, wie in Fig. 2 gezeigt, und das von ihr ausgesendete Licht wird von einer geeigneten Linse auf den Strahlteiler gelenkt, um im wesentlichen im rechten Winkel in die Zielzone 14 zurückgelenkt zu werden. Die zurückkehrenden Lichtstrahlen werden nach überqueren der Zielzone 14 über den Strahlteiler 36 auf den Detektor 34 übertragen, der in der Ausführungsform nach Fig. 2 innerhalb des Gehäuses 50 zum gemeinsamen Umlauf mit ihm angeordnet ist. Ein Motor 52 ist angeschlossen, um das Gehäuse 50 und den Detektor 34 darin in Umlauf zu versetzen, um so die Zielzone wirksam über einen Bogen von im wesentlichen 90 abzutasten, wie allgemein durch die Lichtstrahlen bei verschiedenen Winkeln quer über die Zielzone 14 in Fig. 1 angedeutet. Es ist außerdem vorzugsweise eine zusätzliche Linse 54 vorgesehen zum Fokussieren der zurückkehrenden Strahlen von der Zielzone auf den Detektor 34= Demzufolge kann ein zu einem gegebenen Zeitpunkt in das Gehäuse 50 eintretender und auf den Detektor 34 auftreffender zurückkehrender Strahl mit der relativen Winkellage des Gehäuses 50 an diesem Zeitpunkt in Wechselbeziehung gebracht werden, um dadurch die Winkelausrichtung eines Gegenstandes, wie beispielsweise eines der Gegenstände 40, 42 und 44, zu bestimmen, die einen Wechsel in dem zu demselben Zeitpunkt an dem Detektor 34 empfangenen Lichtpegel verursachen.

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Fig. 3 zeigt eine wahlweise mögliche Ausführungsform einer Lichtverteilungs- und Auffindevorrichtung, welche anstelle der Ausführungsform nach Fig. 2 für beide Anordnungen 24 und 26 verwendet werden kann. Es werden gleiche Bezugszeichen zusammen mit dem Index a benutzt, um gleiche Teile und Bestandteile der Ausführungsform nach Fig. 3 zu bezeichnen. Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2, ist ein Gehäuse 50a zum Umlauf zwischen Vorder- und Rückwänden 13, 15 des Rahmenseinbaus 12 gelagert. Das Gehäuse ist wirksam zum Drehantrieb durch einen Motor 52a angeschlossen, der auf einer Seite des Rahmens 12 gelagert ist, die eine Drehachse 56 bildet. Die Lichtquelle 32a ist an einer Seite des Gehäuses 50a angeordnet, um einen Lichtstrahl auf einem ersten Strahlenweg 58 entlang durch eine erste öffnung 60 in dem Gehäuse 50a zu lenken. Der Strah Iteiler 36a ist nun bei einem Winkel von 45 zwischen der Lichtquelle 32a und dem Gehäuse 50a angeordnet, so daß das Licht von der Quelle 32a zunächst durch den Strahlteiler 36a hindurchgeht, bevor es das Gehäuse 50a erreicht.

In dem Gehäuse 50a ist zum Umlauf mit diesem ein Spiegel 62 gelagert. Der Spiegel 62 ist vorzugsweise bei einem Winkel von im wesentlichen 45 relativ zu dem Rahmen 12 angeordnet, um von der Lichtquelle 32a empfan-

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genes Licht im wesentlichen im rechten Winkel in die Zielzone 14 zurückzulenken, während das Gehäuse gedreht wird. Es ist zu beachten, daß die öffnung 60 im wesentlichen auf sowohl die Drehachse 56 als auch auf den primären Strahlenweg 58 zentriert ist, so daß Licht von der Quelle 32a in das Gehäuse eintritt und auf den Spiegel auftrifft, ungeachtet der Winkellage desselben^ während das Gehäuse durch den Motor 56 gedreht wird. DerSpiegel liefert den umgelenkten Lichtstrahl an die Zielzone 14 durch eine zweite öffnung 64 in dem Gehäuse 5Oa= Es ist zu beachten, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Gehäuses 50a relativ zu der Lichtgeschwindigkeit genügend klein ist, so daß ein zurückkehrender Lichtstrahl von der Zielzone 14 im wesentlichen augenblicklich durch die öffnung wieder in das Gehäuse eintritt und auf den Spiegel 62 auftrifft. Der Spiegel 62 lenkt diesen zurückkehrenden Lichtstrahl auf dem primären Strahlenweg 58 zurück in Richtung auf den Strahlteiler 36a, in der entgegengesetzten Richtung zu dem von der Lichtquelle 32a ausgesendeten Strahl. Der Strahlteiler 36a reflektiert im wesentlichen eine Hälfte der Energie von diesem zurückkehrenden Strahl, wie bei dem Bezugszeichen 66 angedeutet, im wesentlichen im rechten Winkel zum Auftreffen auf den Detektor 34a, der außerhalb des Gehäuses 50a in der Ausführungsform der Fig. 3 angeordnet ist.

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Die mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 beschriebenen Anordnungen biLden nur zwei wahlweise mögliche Konstruktionen einer LichtverteiLungs- und Auffindeanordnung, die in Verbindung mit der optischen Lageortungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden können. Es können seLbstverständLich wahlweise mögLiche Konstruktionen und Anordnungen von LichtverteiLungs- und Auffindeanordnungen verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, soLange zwei derartige Anordnungen an gegenüberliegenden Ecken des Rahmens 12 verwendet werden, wie im vorhergehenden mit Bezug auf Fig. 1 gezeigt und beschrieben.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist im wesentlichen ähnlich dem Gegenstand der gleichlaufenden Anmeldung Serial No. 599,131 desselben Anmelders vom 11. April 1984, die dem Inhaber dieser Anmeldung überschrieben wurde.

Während besondere Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und im einzelnen beschrieben wurden, Liegt doch für Fach-Leute auf diesem Gebiet auf der Hand, daß Veränderungen und Abwandlungen der Erfindung in ihren verschiedenen Merkmalen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung in ihrem weiteren Bereich abzuweichen, wobei es sich um Routinemaßnahmen in der Planung oder Konstruktion oder

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solche Maßnahmen handeln mag,, die erst nach einem Studium auf der Hand liegen. Die Erfindung als solche solLte in ihrem Bereich nicht durch die hier beschriebene besondere Ausführungsform und spezifische Konstruktion begrenzt sein, sondern durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt werden. Demgemäß sollen die beigefügten Ansprüche alle Veränderungen und Abwandlungen decken, die in den eigentlichen Gedanken und Bereich der Erfindung fallen.

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Claims

Ansprüche

1. Optische Lageortungsvorrichtung,gekennzeichnet durch
einen vierseitigen geradlinigen Rahmeneinbau,, der eine Zielzone begrenzt, innerhalb derer die Lage eines Gegenstandes durch diese Vorrichtung zu orten ist, ein
Paar Lichtvertei lungs- und Auffindeanordnungen, die
jeweils im Bereiche von durch ein Paar gegenüberliegender Seiten des Rahmens und eine der verbleibenden Seiten des Rahmens gebildeten Ecken des Rahmeneinbaus angeordnet sind, von denen jede eine Lichtquelle^, Detektoreinrichtungen zum Auffinden des vorhandenen Lichtpegels und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals

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enthält, sowie LichtLenkeinrichtungen zum Lenken von Licht von der Lichtquelle zu der Zielzone, wobei die Auffindeeinrichtungen zum Empfang von Licht von der Zielzone angeordnet sind, und Rückspiegelungseinrichtungen, die um die Zielzone herum zum Reflektieren darauf einfallenden Lichtes längs einem Pfad angeordnet sind, der mit dem Pfad des darauf einfallenden Lichtes im wesentlichen zusammenfällt, wobei diese Rückspiegelungseinrichtungen drei Rückspiegelungskörper enthalten, die jeweils längs dem genannten einen Paar gegenüberliegender Seiten und der anderen der verbleibenden Seiten der Zielzone angeordnet sind, und Abtasteinrichtungen, die wirksam mit der Detektoreinrichtung zur Bestimmung der Winkelverschiebung des von ihr empfangenen Lichtes relativ zu der Zielzone verbunden sind, so daß die Gegenwart eines Gegenstandes innerhalb der Zielzone auf der Detektoreinrichtung als ein Wechsel in der Lichtintensität bei einer gegebenen WinkeIverschiebung verzeichnet wird, wodurch die Lage eines Gegenstandes innerhalb der Zielzone in zwei Dimensionen aufgrund der entsprechenden Winkelverschiebungen der Wechsel in der Intensität des auf die beiden Detektoreinrichtungen einfallenden Lichtes bestimmt werden kann.

2. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch \„ dadurch gekennzeichnet, daß die Rückspiegelungskörper einen ersten bogenförmig gekrümmten Streifen aus Rückspiegelungsmaterial enthalten, der mit Bezug auf eine erste des genannten einen Paares gegenüberliegender Seiten zur Bildung eines Einfallswinkels mit Bezug auf das Licht von der Lichtquelle angeordnet ist, die im Bereiche der zweiten des Paares gegenüberliegender Seiten innerhalb vorgeschriebener Winkelbegrenzungen der Rückspiegelungswirkung derselben liegte einen zweiten Streifen aus bogenförmig gekrümmtem Rückspiegelungsmaterial, der mit Bezug auf die zweite des genannten einen Paares gegenüberliegender Seiten zur Bildung eines Einfallswinkels mit Bezug auf Licht von der Lichtquelle angeordnet ist, die im Bereiche der ersten des einen Paares gegenüberliegender Seiten innerhalb vorgeschriebener Winkelbegrenzungen ihrer Rückspiegelungswirkung angeordnet ist, und einen dritten bogenförmig gekrümmten Streifen aus Rückspiegelungsmaterial, der mit Bezug auf die andere verbleibende Seite zur Bildung eines Einfallswinkels mit Bezug auf Licht von jeder der genannten Lichtquellen innerhalb vorgeschriebener Winkelbegrenzungen der Rückspiegelungswirkung derselben angeordnet ist=

3. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenkvorrichtung ferner zum Lenken von von der Zielzone empfangenem reflektiertem Licht zu ihrer zugeordneten Detektoreinrichtung wirksam ist.

4. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtlenkennrichtungen einen Strahlteiler enthält.

5. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellen stationär ist und einen Lichtstrahl in Richtung auf die Lichtlenkeinrichtung aussendet, um ihn dadurch auf einen primären Strahlenweg in einer ersten Richtung zu lenken, wobei jede der Abtasteinrichtungen ein Gehäuse, Antriebseinrichtungen zum Drehen des Gehäuses um eine Schleuderachse, sowie reflektierende Einrichtungen zum Rücklenken eines Strahls von Strahlungsenergie aufweist, die in dem Gehäuse fest angeordnet sind, das Gehäuse eine erste Öffnung aufweist, die im wesentlichen auf die Schleuderachse und auf den ersten Strahlenweg zentriert ist, wodurch der Strahl der Strahlungsenergie von der Lichtquelle durch die erste Öffnung ungeachtet der Um lauforientierung des

Gehäuses in das Gehäuse eintreten und auf die RückspiegeLungseinrichtungen auffallen kann, ktobei die Rückspiegelungseinrichtungen fest in dem Gehäuse angeordnet sind, um diesen Strahl von Strahlungsenergie in geeigneter Weise durch eine zweite öffnung in dem Gehäuse zurück und in Richtung auf die Zielzone zu lenken, so daß der Strahl von Strahlungsenergie, der aus dem Gehäuse durch die zweite öffnung austritt, die Zielzone beim Drehen des Gehäuses bei einer gegebenen Umlaufgeschwindigkeit bestreicht^ wobei diese Umlaufgeschwindigkeit genügend niedrig mit Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit ist, so daß das Licht im wesentlichen augenblicklich als ein Rückstrahl durch die zweite 'Öffnung wieder in das Gehäuse eintritt, um von der Rückspiegelungseinrichtung durch die erste öffnung in einer zweiten Richtung im wesentlichen entgegensetzt zu der ersten Richtung auf dem primären Strahlenweg entlang reflektiert zu werden, und die Lenkeinrichtung zum Lenken des zurückkehrenden Strahls zur Detektoreinrichtung angeordnet ist.

6. Optische Lageortungsvorrichtung, gekennzeichnet durch Lichtsendeeinrichtungen, Lichtdetekioreinrichtungen zum Auffinden des Lichtpegels vorhandenen Lichtes und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals^, Einrich-

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tungen zur Begrenzung einer im wesentlichen rechteckigen Zielzone, sowie Lichtlenkeinrichtungen zum anfänglichen Lenken von Licht von der Lichtquelle zu der Zielzone und zum Lenken des von der Zielzone empfangenen zurückkehrenden Lichtes zu der Detektoreinrichtung, wobei die Lichtsendeeinrichtung, die Lichtdetektoreinrichtung und die Licht lenkeinrichtung eine Lichtquelle, einen Detektor und eine Lichtlenkeinrichtung enthalten, die an jeder einer ersten Ecke und einer zweiten Ecke angeordnet sind, die sich Längs einer gemeinsamen ersten Seite der Zielzone befinden, und ferner eine Anzahl Rückspiegelungseinrichtungen enthalten, die um die Zielzone herum angeordnet sind und erste und zweite Reflektoreinbauten aufweisen, die einander zugewendete zweite und dritte Seiten der Zielzone bilden, sowie einen dritten Reflektoreinbau, der eine vierte Seite der Zielzone gegenüber der ersten Seite und ihr zugewendet bildet, wobei jeder der ersten, zweiten und dritten Reflektoreinbauten aus Rückspiegelungsmaterial besteht.

7. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten und zweiten Reflektoreinbauten einen im wesentlichen ununterbrochenen Streifen aus Rückspiegelungsmaterial enthält, der in geeigneter Weise gekrümmt ist, um Licht über die

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Länge seiner zugeordneten Seite der Zielzone von der LichtLenkeinrichtung, welche der gegenüberliegenden Seite am nächsten benachbart ist,? bei einem Einfallswinkel innerhalb der vorgeschriebenen Winkelbegrenzungen der Rückspiegelungswirkung derselben zu empfangen.

8. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 7_ff dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Reflektoreinbau einen im wesentlichen durchgehenden Streifen aus Rückspiegelungsmaterial enthält, der in angemessener tJeise gekrümmt ist, um Licht über die Länge der vierten Seite der Zielzone von beiden Licht lenkeinrichtungen bei einem Einfallswinkel innerhalb der vorgeschriebenen Winkelbegrenzungen der Rückspiegelungswirkung derselben zu empfangen.

9. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch b_p dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lieht lenkeinrichtungen einen Strahlteiler enthält,

10. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Abtasteinrichtungen,, die jeder der Detektoreinrichtungen wirksam zugeordnet sind zur Bestimmung der Winkelverschiebung des von ihr empfangenen Lichtes relativ zu der Zielzone^ so daß das Vor-

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handensein eines Gegenstandes innerhalb der Zielzone sich auf der Detektoreinrichtung als ein Wechsel in der Lichtintensität bei einer gegebenen Winkelverschiebung darstellt, wodurch die Lage eines Gegenstandes innerhalb der Zielzone in zwei Dimensionen aufgrund der jeweiligen Winkelverschiebungen der Wechsel in der Lichtintensität des auf die beiden Detektoren einfallenden Lichtes bestimmt werden kann.

11. Optische Lageortungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellen stationär ist und einen Lichtstrahl in Richtung auf die Lichtlenkeinrichtung aussendet zum Lenken desselben dadurch in einer ersten Richtung auf einem ersten Strahlenweg entlang, und daß jede der Abtasteinrichtungen ein Gehäuse, Antriebseinrichtungen zum Drehen des Gehäuses um eine Schleuderachse, sowie Rückspiegelungseinrichtungen zum Zurücklenken eines Strahls von Strahlungsenergie enthält, die in dem Gehäuse fest angeordnet sind, wobei das Gehäuse eine erste öffnung enthält, die im wesentlichen auf die Schleuderachse und den ersten Strahlenweg zentriert ist, wodurch der Strahl von Strahlungsenergie von der ersten Lichtquelle durch die erste öffnung ungeachtet der Umlauforientierung des Gehäuses in das Gehäuse eintreten und auf die Rückspiegelungsein-

richtung auffallen kann, wobei die Rückspiegelungseinrichtung innerhalb des Gehäuses in geeigneter Weise befestigt ist, um den Strahl von Strahlungsenergie durch eine zweite öffnung in dem Gehäuse zurück und auf die Zielzone zu zu lenken,? so daß der Strahl von Strahlungsenergie^ der aus dem Gehäuse durch die zweite 'öffnung austritt^ während des Drehens des Gehäuses bei einer gegebenen Umlaufgeschwindigkeit die Zielzone bestreicht, wobei die Umlaufgeschwindigkeit mit Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit genügend langsam ist, so daß das Licht im wesentlichen augenblicklich als ein zurückkehrender Strahl durch die zweite öffnung wieder in das Gehäuse eintritt^, um von der reflektierenden Einrichtung durch die erste öffnung in einer zweiten Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Richtung auf dem primären Strahlenweg entlang reflektiert zu werden^, wobei die Lenkeinrichtungen zum Lenken des zurückkehrenden Strahls zu der Detektoreinrichtung angeordnet sind=

= /10