DE3618271A1 - Optische lageortungsvorrichtung - Google Patents
Optische lageortungsvorrichtungInfo
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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
.../11
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 =
/12
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.
.../13
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
/14
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.
.../15
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-
.../16
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
.../17
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,
.../18
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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
c./20
- 2Ό -
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
.../21
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-
.../22
- "22
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.
.../23
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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,
.../24
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-
.../25
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.
.../26
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.
.../28
- -28 '-
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.
.../30
Leerseite -
Claims (11)
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
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-
...16
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
...17
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 7ff 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 bp 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-
./8
-s- 3613271
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
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