DE3134303A1

DE3134303A1 - Optische lagebestimmungsvorrichtung

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Publication number: DE3134303A1
Application number: DE19813134303
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: LOWBAR Inc
Current assignee: LOWBAR Inc
Priority date: 1980-09-02
Filing date: 1981-08-29
Publication date: 1982-09-09
Also published as: GB2083218B; FR2489501A1; FR2489501B1; GB2144539B; CH643364A5; GB8423426D0; JPS5775320A; US4420261A; CA1242775A; GB2144539A; GB2083218A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Meßeinrichtungen, insbesondere auf eine optische Lagebestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes auf einer oder mehreren Koordinatenachsen, sowie zur Bestimmung anderer meßbarer Parameter des Gegenstandes.

Es sind verschiedene Vorrichtungen bekanntgeworden, deren Zweck es war, optisch oder durch eine Kombination von mechanischen und optischen Vorrichtungen die Lage eines Gegenstandes innerhalb eines ein- oder zweidimensionalen Bezugsrahmens zu bestimmen. Jedoch sind bei neueren Versuchen

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auf dem Gebiet der elektrooptischen "Bereichssucher:" (range finders) und/oder "Lagebestimmungseinrichtungen" (locators) häufig Schwierigkeiten aufgetreten, welche ihre Wirksamkeit und Verwendbarkeit auf breiter Basis stark einschränken. Zwei derartige Vorrichtungen sind in der US-Patentanmeldung 3 184 847 von L. Rosen für einen Digitalkoordinaten-Resolver und in dem Artikel Laß die Finger sprechen (Let Your Fingers do the .Talking) in Band III, Nr. 8, BYTE Magazine vom August 1978 über einen kontaktlosen Berührungstaster (non-contact touch scanner) offenbart worden.

Zu den unerwünschten Seiten aller bekannten Einrichtungen gehören die erheblichen Kosten in Verbindung mit der ungewöhnlich großen Anzahl von Komponenten, die zum Zusammenbau der Vorrichtungen zu eine: auch nur annähernd betriebsfähigen Gesamtanlage erforderlich sind. Die Abhängigkeit von buch-

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stäblich Dutzenden von Lichtsendequellen mit einer entsprechenden Anzahl von "passenden" (matched) Fotozellendioden hat die Wirksamkeit und Auflösung der bekannten optischen Taster erheblich begrenzt, während gleichzeitig e.rhebliche Ausgaben in Form kostspieliger elektronischer Komponenten nötig waren, die die Benutzung und Anwendung derartiger Vorrichtungen undurchführbar machte. ·

Andere bekannte Versuche verlangten den Zusatz von Gittereinrichtungen, Fotozellen und anderen besonderen Zubehörteilen zu dem zu bestimmenden Gegenstand.

In ähnlicher Weise erweist sich die Konstruktion der meisten bekannten Einrichtungen häufig schwierig hinsichtlich der Verträglichkeit mit Anzeigeeinrichtungen, die sonst in der Lage sind, die Ergebnisse eines Ahtastvorgangs darzustellen. Darüber hinaus verlangten bei Verwendung derartiger Anzeigevorrichtungen die Vorrichtungen selbst eine erneute Interpretation infolge des inflexiblen, "nicht linearen" Ausgangs derartiger Vorrichtungen.

Einige bekannte Vorrichtungen verlangten Retroreflektoren und haben daher große Schwierigkeiten bei der Bestimmung reflektierender Gegenstände.

Die bekannten Einrichtungen sind allzu oft abhängig von weniger fortschrittlichen optischen Techniken, wie beispielsweise der oben erwähnten Vorrichtung nach Rosen, in der Parabolspiegel

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aufgrund ihrer Eigenart selbst Parameter erheblicher Größe verlangen. Außerdem sind erhebliche Schweirigkeiten aufgetreten bei der Erweiterung der Fähigkeiten bekannter Vorrichtungen über eine oder zwei Dimensionen hinaus, und es sind - wenn überhaupt nur wenige Vorrichtungen in der Lage gewesen, die Lage oder ■ andere Parameter eines Gegenstandes innerhalb eines dreidimensionalen "Korridors" oder auf drei oder mehr in zwei Dimensionen angeordneten Koordinatenachsen effektiv aufzulösen. Darüber hinaus kraakten die bekannten Vorrichtungen an der begrenzten räumlichen Auflösung und langsamen Abtastraten und daher an einer begrenzten zeitlichen Auflösung.

Die Erfindungsaufgäbe besteht daher in der Schaffung einer im wesentlichen nicht kostspieligen optischen Lagebestimmungsvorrichtung, die ein Mindestmaß an Komponenten verlangt, sehr kompakt und von leichtem Gewicht und demzufolge leicht und in erheblichen Volumen herstellbar ist.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer derartigen Lagebestimmungseinrichtung mit erheblichen räumlichen und zeitlichen Auflösefähigkeiten, die so ausgelegt ist, daß sie Parameter eines in ihrem Lagebereich oder "Fenster" festgestellten Gegenstandes schnell und genau offenbaren kann.

Außerdem ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Lage, die Lage und andere Parameter üblicher unbehandelter Gegenstände wie Finger, Federn oder Bleistifte zu offenbaren.

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Außerdem-erstrebt die Erfindung die Schaffung einer solchen optischen Lagebestimmungsvorrichtung, die verträglich ist mit einer Vielzahl von Ausgangsanzeigen und die Lagebestimmungsinformation entweder zur Analyse durch einen Benutzer oder zur weiteren Einführung in andere Systeme in einer wünschenswerten Form offenbaren kann, um komplexe Umrechnungen zu vermeiden, beispielsweise in linearer Form, um die Notwendigkeit trigonometrischer Umrechnungsprogramme zu vermeiden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat u.a. den Vorteil, eine leistungsfähige genaue und dabei nicht kostspielige Lagebestimmungsvorrichtung zu sein, die aufgrund ihrer Konstruktion selbst anwendbar ist auf unzähligen Anwendungsgebieten von der Computereingangsinformation (als brauchbare Alternative zu Lichtschreibern und Tastaturen) zu Spielzeug, automatischen industriellen Maschinensteuerungen und jeglichen anderen Anwendungsarten, wie beispielsweise Menüauswahl, wo eine beschleunigte automatische Bestimmung der Gegenstandsparameter wie Ort, Größe und selbst Geschwindigkeit erforderlich ist.

Ein ähnlicher Vorzug der Erfindung besteht darin, daß sie anpaßbar ist an die Analyse eines dreidimensionalen "Korridors", sowie der Lage und anderer Parameter eines Gegenstandes innerhalb dieses dreidimensionalen Raumes durch verschiedene unterschiedliche Konstruktionen wie Stapeln verschiedener zweidimensionaler Einheiten und/oder Zuhilfenahme einer Strahlungsenergieintensitätsanalyse in einer einzigen zweidimensionalen Einheit, die in der

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Lage ist, eine dritte Dimension eines Gegenstandes innerhalb ihres Lagebereichfensters zu offenbaren. Eine noch andere Ausführungsform verwendet dreidimensionale Verteiler, Kollektoren und selektive Sichttaster.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nur ein Minimum an Licht- oder StrahlungsenergiesendequeIlen und Fotodetektorvorrichtungen benötigt wird, infolge der Verwendung einer einzigen Strahlungsenergiequelle mit einem neuartigen umlaufenden selektiven Sichttaster sowie zugehörigem Detektor, die in Kombination mit neuartigen elektronischen Schaltkreiseinrichtungen und einem Mindestmaß an elektronischen Komponenten genau · und schnell die oben beschriebene Parameterinformation offenbaren.

Ein noch weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Fähigkeit. der Umwandlung komplexer Bewegungen wie derjenigen in Bewegung befindlicher menschlicher Finger in Zeitveränderungssignale, um eine Person in die Lage zu versetzen, auf diese Weise große Mengen komplexer Information auf Maschinen oder andere Personen zu übertragen .

Ein weiteres Merkmal besteht in dem Ersatz von Schaltern.

Dieses und weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der vorliegenden Beschreibung hervor.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine verbesserte optische Lagebestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegen-

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Standes innerhalb eines Lagebereichs oder "Fensters" auf einer oder mehreren Koordinatenachsen, die in einer -oder mehreren Dimensionen angeordnet sind, sowie zur Bestimmung noch anderer meßbarer Parameter eines so festgestellten Gegenstandes wie seiner Größe, seiner Opazität, seiner Zusammensetzung oder seines Geschwindigkeitsvektors.

Die Vorrichtung enthält Strahlungsenergie-Sendeeinrichtungen sowie eine Anzahl Verteilereinrichtungen, die mit dem Strahlungsenergiesender zusammenarbeiten und die gesendete Strahlungsenergie von
einem Punkt längs einem Abschnitt dieses Bereichs über den Lagebereich verteilen. Eine oder mehrere integrierte Kollektoreinrichtungen entsprechen jeweils einer oder mehreren Verteilereinrichtungen und sind auf einem zweiten Abschnitt des Lagebereichs
entlang in Stellung gebracht, im wesentlichen gegenüber dem ersten Abschnitt, um mit entsprechenden der Verteilereinrichtungen zusammenzuarbeiten. Die integrierten Kollektoreinrichtungen
empfangen die Strahlungsenergie, welche mit Erfolg den Lagebereich überquert, sowie Anzeigen hinsichtlich darin aufgetretener Veränderungen, und übertragen diese auf die Detektoreinrichtungen., die vorzugsweise an einer einzigen Stelle angeordnet sind, auf die die übertragene Strahlungsenergie konvergiert. Die Vorrichtung
enthält ferner Einrichtungen zur selektiven Betrachtung lagekoordinatenbezbgener Abschnitte der durch die Verteilereinrichtung verteilten Strahlungsenergie, um Eigenschaften der Strahlungsenergie zu entdecken und zu offenbaren,-die infolge der Feststellung des Gegenstandes an dieser Lagekoordinate innerhalb des
Lagebereichs verändert wurden, um wiederum die "Lage des Gegenstandes

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innerhalb des Lagebereichs sowie andere Parameter des Gegenstandes zu bestimmen.

Die Verteilefeinrichtungen, Kollektoreinrichtungen und die selektiven Anzeigeeinrichtungen stellen in Zusammenarbeit sicher, daß in einem gegebenen Augenblick im wesentlichen die gesamte Strahlung, welche den Detektor erreicht, in Abwesenheit von Gegenständen in dem Lagebereich diesen Lagebereich in einem Bereich von etwa einer einzigen Lagekoordinate überquert, welcher wenigstens so klein ist wie der kleinste zu bestimmende Gegenstand. Darüber hinaus stellt eine Anzahl Verteilereinrichtungen gemeinsam sicher, daß jeder Abschnitt des Lagebereichs, der groß genug ist, um den kleinsten zu bestimmenden Gegenstand zu enthalten, von wenigstens so vielen überschneidenden Strahlen der Strahlungsemission überquert wird, wie Koordinatenachsen vorhanden sind.

Demgemäß verteilt die Vorrichtung gemäß der Erfindung Strahlungsenergie von einer Quelle in einen Bereich in geordneter Form, sammelt und überträgt diejenige Energie, welche diesen Bereich überquert, auf einen Detektor und betrachtet selektiv lagekoordinatenbezogene Abschnitte der Strahlungsenergie - alles zum Zwecke der Ableitung der Lage und/oder anderer Parameter eines oder mehrerer optischer Gegenstände innerhalb dieses Bereichs aufgrund von Veränderungen der diesen Bereich überquerenden Strahlungsenergie .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält.die Vorrichtung einen umschließenden Gehäusekörper, in welchem die

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Strahlungssendeeinrichtung oder die Quelle der Strahlungsenergie, die Verteilereinrichtung, die integrierte Kollektoreinrichtung, die selektive Sichteinrichtung, sowie die Detektoreinrichtung zum • Betrieb in ihren Stellungen gehaltert und abgedichtet sind. In dieser Ausführungsform is't der Lagebereich als ein im wesentlichen geöffneter Bereich beschrieben, der vom Gehäusekörper eingeschlossen ist/ um ein im wesentlichen ringförmiges Gehäuseelement zu bilden.

Die Vorrichtung ist in der Lage, als eine Lagebestimmungsvorrichtung auf einer oder mehreren Koordinatenachsen in ein bis drei Dimensionen zu arbeiten. Die Ausführungsform der Vorrichtung, die in' der Lage ist, die Lage eines Gegenstandes in einer Dimension zu bestimmen, enthält je eine Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung, eine Verteilereinrichtung, eine integrierte Kollektoreinrichtung und eine selektive Sichteinrichtung sowie eine Detektoreinrichtung,

In der Ausführungsform, die in der Lage ist, die Lage eines Gegenstands auf zwei Koordinatenachsen in zwei Dimensionen zu bestimmen, enthält die Vorrichtung vorzugsweise zwei im wesentlichen getrennte Verteiler und Kollektoreinrichtungen, die jeweils miteinander fluchten. In dieser besonderen Ausführungsform, wo jeweils zwei der Kollektoreinrichtungen und Verteilereinrichtungen benutzt werden, kann das Messen der Intensität der empfangenen Strahlungsenergie, die auf die Detektoreinrichtung übertragen wird, ferner zur Offenbarung von Informationen, beispielsweise mit Bezug auf die Höhe eines Gegenstandes benutzt werden, um so die Information

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in drei Dimensionen zu beschreiben, während die Verteiler-, Kollektor- und selektiven Sichteinrichtungen auf nur zwei Dimensionen verwendet werden.

Wahlweise wird ferner eine Ausführungsform der Vorrichtung ins Auge gefaßt zur Offenbarung und Abtastung von Gegenständen in einem dreidimensionalen Lagebereich durch Verwendung von "gestapelten" (stacked) zweidimensionalen Lagebestimmungsvorrichtungen, um die Vorrichtung mit Lagebestimmungsfahigkeiten auf einer dritten Koordinatenachse innerhalb eines dreidimensionalen räumlichen "Korridors" (corridor) auszustatten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die von der Strahlungsenergie-Sendevorrichtung ausgesendete Strahlungsenergie unpolarisiertes elektromagnetisches Licht, und die Sendevorrichtung enthält eine Weißglutlampe.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung mit einem umlaufenden selektiven Sichtprojektor zur übertragung eines sich fortlaufend bewegenden Lichtstrahls verbunden, welcher ununterbrochen auf der Verteilereinrichtung entlangbewegt wird, dann den Lagebereich überquert, sich auf der Lagekoordinate entlangbewegt und sich wiederum als eine Funktion der Zeit auf der entsprechenden Kollektoreinrichtung entlangbewegt. Auch in dieser besonderen Ausführungsform enthält die Detektoreinrichtung ein einzelnes fotoelektronisches Element, welches direkt mit dem Kollektor zusammenarbeitet, von welchem

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Strahlungsenergie so gelenkt wird, daß sie an dem fotoelektronischen Element konvergiert. Die Detektorzelle arbeitet mit SignalVerarbeitungseinrichtungen zusammen, welche als eine Funktion der Zeit die veränderte^ oder blockierten Lichtübertragungen offenbart, um wiederum die Lage eines Gegenstands innerhalb des Lagebereichs zu beschreiben. Die Strahlungssendeeinrichtung kann vorteilhaft einen Laser enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthalt die Strahlungsenergiequelle eine Anzahl einzelner Lichtquellen, die mit mit Abstand voneinander auf dem ersten Abschnitt des Lagebereichs angeordnet sind, um weiterhin gleichzeitig die Verteilereinrichtung zu umfassen. In dieser besonderen Ausführungsform enthalt jede der Anzahl Lichtquellen eine Lichtsendediode hinter einer Reihe von Ablenkplatten und/oder anderen optischen Elementen, welche einen im wesentlichen parallelen Strahl quer über den Lagebereich zu der jeweils mit ihnen fluchtenden Kollektoreinrichtung erzeugen. Ferner enthält die Detektoreinrichtung in dieser Ausführungsform ein oder zwei" fotoelektronische Elemente, die mit den Kollektoreinrichtungen zusammenarbeiten, welche gegenüber der Reihe Lichtsendedioden ausgerichtet sind. Die Einrichtung, durch welche die Detektoreinrichtung selektiv bestimmte Abschnitte der verteilten und empfangenen Strahlungsenergie-Aussendungen, nämlich die Strahlungsenergie von jeder der Lichtsendedioden betrachtet, wird verwirklicht durch Pulsieren jeder der Lichtsendedioden nacheinander, wobei das Detektorelement zusammenarbeitet mit Signalverarbeitungs-

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vorrichtungen zur Offenbarung veränderter oder blockierter LichtüKertragungseigenschaften, um so wiederum die Lage oder andere Parameter eines Gegenstandes innerhalb des Lagebereichs zu beschreiben.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung eine im wesentlichen stationäre kontinuierliche Lichtquelle sowie eine Anzahl Platten, welche die Strahlung abfangen und absorbieren, die auf andere Stellen als die auf der jeweiligen Verteilereinrichtung entlang liegenden gerichtet ist. In dieser besonderen Ausführungsform ist die Detektoreinrichtung verbunden mit einer selektiven Sichteinrichtung, welche einen umlaufenden Taster enthält, um Teile der zusammenhängenden Strahlungsenergie, die gleichzeitig über den Lagebereich verteilt wird, selektiv zu analysieren. Der Taster und Detektor empfangen Strahlungsenergie entweder in ihrer direkten oder abgewandelten Form und erzeugen in Antwort darauf einen elektrischen Ausgang proportional zu der Menge der gemessenen Strahlungsenergie, wobei die Strahlungsenergie durch jedweden Gegenstand, der die quer über den Lagebereich zu verteilende Strahlungsenergie blockiert, in einem differenzierbaren, meßbaren Grad abgewandelt wird.

In dieser bevorzugten Ausführungsform enthält der Taster und der ihm zugeordnete Detektor Platteneinrichtungen zum Absorbieren der Strahlungsenergie, die nicht von den jeweiligen integrierten Kollektoreinrichtungen auf den Detektor übertragen werden und

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die als Bezugspunkte (Synchronisierungskennzeichen) für das Signal dienen. Der Taster und Detektor selbst enthalten einen Motor, der im Betrieb mit einem optischen Element verbunden ist, um dies zu drehen. Mit dem optischen Element ist eine geschlitzte Blende zum Betrieb verbunden und dreht sich gleichzeitig mit ihm - diese geschlitzte Blende erzeugt einen dimensionierten Schlitz zur Beschreibung des "Abschnitts" übertragener Strahlungsenergie, der in einem bestimmten Augenblick während des Umlaufs des Taster-Detektors aufgespürt wurde, und

etwa der den Lagebereich in einem Bereich vonieinereinzigenLagekoordinate überquert hat. Der Taster-Detektor enthält ferner ein stationäres Detektorelement, das zum Betrieb in Fluchtlage mit dem optischen Element und der geschlitzten Blende angeordnet isL. ' .

Die Strahlungsenergie wird somit von dem entsprechenden integrierten Kollektor übertragen, um in das optische Element einzutreten und durch die geschlitzte Blende gebrochen zu werden, und wird wiederum auf die stationäre Oberfläche des Detektorelements, eine Diodenfotozelle, übertragen. Das umlaufende optische Element und die Blende gestatten es dem Abtaster, eine Abtastung Punkt für Punkt quer über eine Koordinatenachse der Lagebereichsemissionen vorzunehmen, die von dem entsprechenden integrierten Kollektor beschrieben werden, und wiederum eine Abtastung quer über die verbleibenden Koordinatenachsen der Lagebereichemissionen, die von den verbleibenden Kollektoreinrichtungen beschrieben werden, in wiederhölbarer Aufeinanderfolge vorzunehmen.

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Das optische Element kann eine optische Kugel aufweisen, die eine diagonal geschnittene Brechungsebene enthält, um die Strahlungsenergie in angemessener Weise in die geschlitzte Blende hinein und durch sie hindurch und wiederum auf das stationäre De.tektorelement zu brechen, das in der bevorzugten Ausführungsform eine Silikonfotozelle umfaßt.

Allgemeiner gesagt,· kann das optische Element ein biradial Ellipsoid sein mit einem waagerechten Radius und einer Schlitzbreite, die zur Erstellung der Sichtbreite zusammenarbeiten, während der senkrechte Radius und die Schlitzhöhe zur Erstellung der Sichthöhe zusammenarbeiten. ,

Während in Verbindung mit der Strahlungsenergie-Aussendeeinrichtung der unmittelbar zuvor beschriebenen Ausführungsform Blöckierungseinrichtungen benutzt werden, um die Strahlung abzufangen und zu absorbieren, die zu anderen Plätzen als den auf dem Verteiler entlang liegenden gerichtet sind, werden bei dem Taster-Detektor, wie im vorhergehenden erwähnt, äquivalente Blockierungseinrichtungen oder Platten benutzt für den dreifachen Zweck, den Empfang einer unbeabsichtigten Streustrahlung durch den Taster auszuschließen, einen Lagebezugsrahmeη vorzusehen, wodurch verschiedene Eingänge von den verschiedenen Kollektoren abgesondert und analysiert werden können, um die Dimensionsparameter eines Gegenstandes innerhalb des Lagebereichs zu bestimmen, und einen Schwarzpegelbezugswert vorzusehen.

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In dieser bevorzugten Ausführungsform kann auch die Taster-Detektorvorrichtung wirksam über die Signalverarbeitungseinrichtung mit einer visuellen Anzeigevorrichtung gekoppelt werden, um eine visuelle Interpretation der von ihr ertasteten und aufgespürten Strahlungsenergie zu liefern.

Ferner ist der Motor in dieser Taster-Detektorausführungsform über eine elektrische Schalteinrichtung zusammen mit dem Detektorelement und der Verstärkereinrichtung an die Strahlungsenergie-Aussendeeinrichtung gekoppelt. In dieser Schalteinrichtung enthält der Motor ferner einen Kondensator, der in Parallelschaltung mit ihm verbunden ist, um das Kommutatorgeräusch von dem Motor zu reduzieren, und ist ferner an Widerstände angeschlossen, um die Spannung zu vermindern und wiederum eine wünschenswerte Umlaufgeschwindigkeit in dem Motor zu erzeugen, wobei die zeitliche Auflösung in umgekehrter Beziehung zu der Umlaufgeschwindigkeit steht. Der Verstärker ist zum Betrieb mit dem Detektorelement in dem Taster-Detektor verbunden.

Der Verstärker spricht in dieser Schalteinrichtung auf die Intensität des Stromes an, der von dem Detektorelement freigesetzt wird, welches vorzugsweise eine fotoempfindliche Diode enthält, die nach dem Prinzip umgekehrter Beaufschlagung arbeitet. Der Verstärker selbst enthält ferner erste Spannungsverstärkungseinrichtungen mit Geräuschminderungsvorrichtungen zur Umwandlung des variablen Stroms der fotoemp_tfindliehen Diode in ein resultierendes variables Spannungssignal. Mit der ersten Spannungs-

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verstärkungseinrichtung ist eine zweite Spannungsverstärkerungseinrichtung kapazitiv gekoppelt und ist wiederum mit einem Gleichstromrücksteller und einem Schmitt'sehen Trigger verbunden, um das entstehende Signal zu dem Digital-Bit 1 zu quantisieren und so das Geräusch zu entfernen. Für diejenige Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Intensität des Signals gemessen wird, würde das Schmitt'sche Trigger durch einen Pufferverstärker ersetzt werden.

Ferner umfaßt eine Einrichtung zur visuellen Interpretation der abgetasteten und aufgespürten Strahlungsenergie, die durch die Signalverarbeitungsvorrichtungen übertragen wird, eine Kathodenstrahlanzeigevorrichtung, wie beispielsweise ein Oszilloskop oder eine äquivalente Vorrichtung.

In einer Ausführungsform der Vorrichtung" enthält die Erfindung ferner Strahlungsenergiefiltereinrichtungen, welche zwischen der Verteilereinrichtung und dem Kollektor eingeschaltet sind, um im wesentlichen die gesamte Strahlungsenergie zu entfernen, die nicht die von dem Filter geführten Wellenlängen aufweist, um so sowohl die innere als auch die äußere Streustrahlung zu vermindern. In einer derartigen Ausführungsform enthält die Filtereinrichtung ein Infrarot-Durchgangsfilter, das zwischen dem Lagebereich und der Lagebestimmungsvorrichtung eingeschaltet ist.

Vorzugsweise ist die Verteilereinrichtung in der Lage, Strahlungs-

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energie an Punkten vor. und hinter seinem entsprechenden Abschnitt in dem Lagebereich zu verteilen, um einen Anfangs- und' Endweg der Strahlungsenergie zu beschreiben, der von den Gegenständen nicht verändert oder unterbrochen werden kann, wo immer sie sich auch innerhalb des Lagebereichs befinden mögen. Dies wiederum beschreibt Bezugspunkte zur Erleichterung der Analyse aufge- · spürter Strahlungsenergie quer über jenem Abschnitt des Bereichs, der von einem festgestellten Gegenstand unterbrochen werden kann, und ferner um eine Verwechslung eines an den Enden des Lagebereichs festgestellten Gegenstandes als einen Teil der dem Taster- ■ Detektor zugeordneten Platten darstellend zu vermeiden.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält ferner die Verteilereinrichtung einen gestuften Staffe!spiegel zur Aufnahme von Strahlung von der Strahlungsenergie-Aussendevorrichtung, um diese wiederum quer über den Lagebereich zu verteilen. In ähnlicher Weise benutzt die bevorzugte Ausführungsform der integrierten Kollektoreinrichtung einen äquivalenten gestuften Staffelspiegel zur Aufnahme der Strahlungsenergie, die über den Lagebereich verteilt wird, sowie zur anschließenden übertragung derselben im wesentlichen auf einer Einzelpunktstelle, in welcher die Detektoreinrichtung angeordnet ist.

Die Konstruktion des Verteilers oder Kollektors, wer immer dem umlaufenden Taster am nächsten benachbart ist, stellt die funktionelle Beziehung zwischen der Lagekoordinate und dem Umlaufwinkel des Tasters her. Insbesondere ist der Verteiler

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oder Kollektor (wer immer die funktioneile Beziehung steuert) für eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Lagekoordinate und dem Tasterumlaufwinkel ausgelegt. Die gestufte Staffelanordnung eignet sich besonders gut für die Errichtung einer Vielzahl willkürlicher funktioneller Beziehungen, da sie eine unabhängige örtliche Spezifikation sowohl der Spiegelstellung als auch der Speigelneigung. (Reflexionswinkel) gestattet. Beispielsweise verwendet eine bevorzugte Ausführungsform eine gestufte Staffelanordnung mit 29 Facetten als Kollektor, was eine lineare Beziehung zwischen Lagekoordinaten und Umlauftastwinkeln ergibt, während die Lichtintensität im wesentlichen konstant gehalten wird. In der Ausführungsform mit 29 Facetten sind die Facettenspitzen 0,2 Zoll voneinander auf Abstand gehalten und die Tiefen der Facetten bewegen sich auf einer Krümmungslinie zwischen einer Tiefe von 1,617 Zoll und 0,171 Zoll.

Die Konstruktion sowohl des Verteilers als auch des Kollektors errichtet die funktionelle Beziehung zwischen der relativen Intensität der übertragenen Strahlung in Abwesenheit von Gegenständen und der Lagekoordinate. Insbesondere ist es möglich, den Verteiler und Kollektor als ein System genommen zu konstruieren, um eine gewünschte Beziehung zwischen der relativen Intensität und der Lagekoordinate festzulegen. Die gestufte Staffelanordnung eignet sich wiederum besonders gut für die Errichtung einer derartigen Beziehung, da die verschiedenen reflektierenden Facetten unterschiedliche effektive Reflexionsbereiche haben können. Die effektive Reflexionsfläche ist diejenige Fläche, die in der

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gewünschten Ebene liegt und nicht von anderen Teilen der Staffelanordnung überschattet oder behindert wird und daher bei der Übertragung von Strahlung zu und von dem Lagebereiph wirksam ist. Die Breite des größten Schattens muß geringer sein als die· Breite des kleinsten zu bestimmenden Gegenstandes. Die gestufte Spiegelanordnung kann so geneigt werden, daß sie Schatten im wesentlichen ausschließt, wobei die Facetten Parallelogramme werden.

Für größere Lagebereiche können die einzelnen Seiten der gestuften Staffelspiegelanordnungen auch folkussierende Oberflächen sein, die so geformt sind, daß sie die Strahlungsübertragung maximieren.

In wahlweise möglichen Ausführungsformen sind sowohl der Verteiler als auch der Kollektor nicht gestufte reflektierende Oberflächen wie dort, wo sowohl der Kollektor als auch der Verteiler Parabolschnitte sind, obwohl hiermit Schwierigkeiten sowohl hinsichtlich der Größe als auch der Kosten verbunden sein können.

In anderen wahlweise möglichen Ausführungsformen sind sowohl der Verteiler und/oder der Kollektor brechende Einrichtungen oder eine Kombination von reflektierenden und brechenden Einrichtungen. Beispiele brechender Einrichtungen wären Linsen oder Prismen, während für eine Kombination reflektierender und brechender Einrichtungen ein Beispiel gegeben ist durch eine gestufte Staffelstruktur aus transparentem optischem Material,

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welches auf seiner Rückseite einen reflektierenden Überzug aufweist, in welchem das Licht sowohl gebrochen als auch reflektiert wird.

In der Ausführungsform des gestuften Staffelspiegels mit 18 Facetten besteht ein geringerer Raumbedarf infolge der dünneren Konstruktion, dem weniger konstante Lichtintensitatseigenschaften sowie die Notwendigkeit einer trigonometrischen Umwandlungsprogrammierung infolge ihrer nicht linearen Beziehung zwischen Koordinate und Abtastwinkel gegenüberstehen. Die Spitzen dieser Ausführungsform mit 18 Facetten sind um 0/375 Zoll beabstandet und haben Tiefen in Form einer Krümmungslinie zwischen 1,392 Zoll und 0,815 Zoll.

Es zeigen:

Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Draufsicht von oben auf eine bevorzugte Ausführungsform der Abtastvorrichtung, in welcher der.Abtaster-Detektor zusammen mit gestuften Staffelkollektoren und Verteilern zur Feststellung eines Gegenstandes in einem zweidimensionalen Lagebereich benutzt wird,

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf die Abtaster-Detektorvorrichtung der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht von oben auf das optische Element des Abtaster-Detektors,

Fig. 4 eine Seitenansicht des optischen Elements der Fig. 3,

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Pig. 5 ein Schaltschema der in der Abtastereinrichtung nach Fig. 1 verwendeten Komponenten/

Fig. 6 ein Schaltschema des Verstärkerkreises der Fig. 5,

Fig.- 7 eine schematische Darstellung einer Ausgangsanzeige/ in welcher der Lagebereich leer oder unbehindert ist,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausgangsanzeige, in welcher innerhalb des Lagebereichs ein Gegenstand festgestellt wird,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ausgangsanzeige zur Darstellung des Ausgangssignals vor Aufnahme des Gleichstromruckstellabschnitts des Schaltkreises,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Ausgangsanzeige nach Verwendung des Gleichstromruckstellabschnitts des Schaltkreises,

Fig. 11 eine Draufsicht von oben auf eine Ausführungsform der gestuften Staffelspiegelanordnung,

Fig. 12 eine zweite Ausführungsform der gestuften Staffelspiegelanordnung und

Fig. 13 eine Draufsicht von oben auf eine wahlweise mögliche Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung, in welcher integrierte Kollektoreinrichtungen zusammen

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mit einer Vielzahl von Lichtsendequellen verwendet werden/ die gleichzeitig als Verteilereinrichtungen dienen.

Wahrend die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, werden in den Zeichnungen verschiedene spezifische Ausführungsformen gezeigt und hier ausführlich beschrieben, wobei jedoch vorausgesetzt ist, daß die vorliegende Offenbarung nur als Beispiel der Grundsätze der Erfindung anzusehen ist und nicht die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsformen begrenzen soll.

Die optische Lagebestimmungsvorrichtung 20 wird in Fig. 1 mit einer Strahlungsenergieaussendequelle 28 gezeigt, die hier in einer kontinuierlich strahlenden stationären Glühlampenbirne besteht, die Abschirmungen 27 und 29 und der Abtaster-Detektor 48 mit den Abschirmungen 18 und 19 sind gemeinsam in einem Gehäuse 28 a untergebracht. Die Abschirmungen 27 und 29 schließen die Aussendung von Lichtstrahlen an andere Quellen als die auf den Verteileranordnungen 32 und 40 entlang aus.

In dieser besonders bevorzugten Aus führungs form enthält die Ve.rteileranordnung 32 eine Reihe Spiegelflächen, die eine' gestufte Staffelschaltung bilden, wie beispielsweise die Spiegeflächen 33, 34 und 35, die in der Lage sind, die divergierenden Lichtstrahlen von der Quelle 28 in ein im wesentlichen paralleles Lichtstrahlschema quer über den Lagebereich 21 zu reflektieren. Beide Kollektoren 41 und 42 sind spezifisch so ausgelegt, daß sie den Detektor-Taster 48 in die Lage versetzen, sich um einen im wesentlichen äquivalenten radialen Tastwinkel zu drehen, um eine Überwachung über eine entsprechende äquivalente lineare

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Entfernung quer über den Lagebereich 21 auszuführen. Demgemäß - gestattet, wenn sich der Detektor-Taster 48 dreht, ein äquivalenter UmIaufwinkel es dem Taster-Detektor, einen äquivalenten Abschnitt des Lagebereichs,"Fenster" (window) 21 zu überwachen, ungeachtet dessen, ob der Weg, in dem ein bestimmter Lichtstrahl folgt, zum Überqueren des Fensters reflektiert wird. Diese besondere Konstruktion linearisiert die Lagekoordinate der Ausgangsanzeige als eine Funktion des radialen Abtastwinkels und daher als eine Funktion der Zeit in den in Figuren 7 bis 10 gezeigten Vorrichtungen.

Es sollte beachtet werden, daß auf den Verteilern 32 und 40 Spiegelflächen an den Stellen 50 und 51 an den Enden A bzw. B der Vorrichtung vorgesehen sind, sowie 55 und 44 auf dem Einbau 40, um die Strahlungsenergiestrahlen quer über die Abschnitte des "Fensters" vor und hinter dem'-tatsächlichen .Lagebereich, in welchem ein Gegenstand sich bewegen kann, zu übertragen und zu verteilen. Die Übertragung des Lichtes von der Birne 28 auf den Platz 54 an dem Ende A des Verteilers 40 überträgt einen Strahl quer über die eigentliche Kante 24 des Rot- und Infrarotdurchgangs-. filters 23, der von der Spiegelfläche 47 im wesentlichen gesammelt und empfangen wird zur Reflexion auf den Taster-Dete.ktor 48. Da kein Gegenstand eine Lage außerhalb des Fensters 21 einnehmen kann, um den so übertragenen Strahl zu stören, kann das von einem Gegenstand innerhalb des Lagebereichs erzeugte Signal,

nicht

wie in Fig. 8 dargestellt, sich/mit der veranschaulichten Darstellung der Schirme vereinigen, so daß eine Gegenstandsblokkierung von Lichtstrahlen noch getrennt wird durch einenAbstand, obwohl minimal, wie der bei dem Abstand 124 in Fig. 8 gezeigte.

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Die Vorrichtung 20 offenbart die spezifische Ausführungsform der Abtastvorrichtung zur Feststellung und Messung eines Gegenstandsparameters in zwei Dimensionen, in welcher die beiden Verteiler 32 und 34 gegenüber den Kolektoren 41 bzw. 42 angeordnet sind. Da die Lichtquelle 28 eine stationäre ununterbrochene Quelle elektromagnetischer Strahlungsenergie ist, wird ein ununterbrochenes Strahlenschema erzeugt, wie durch die Strahlen 30 und 31 auf der X-Koordinate als Beispiel gezeigt, und die Strahlen 14 und 15 die von dem Verteiler 32 .zum Kollektor 41 in

werden
der Y-Koordinate verteilt/ Demzufolge würde das Vorhandensein eines Gegenstandes, vie des Gegenstandes 52 (in angedeuteten Linien gezeigt) den otrählungsenergiestrahl 14 blockieren oder anderweitig verändern, sowie er von der Spiegelfläche 33 auf die Spiegelfläche 36 reflektiert würde. Demzufolge würde, wem sich der Taster-Detektor 48 zur Betrachtung des Abschnitts· der Strahlungsenergie dreht, die sonst von der Spiegelfläche 36 reflektiert würde, die Ausgangsanzeige, wie in Fig. 8 gezeigt, den Gegenstand 52 in einer Entfernung von Yl relativ zu dem radialen Zeitabstand von dem Schirm 18 zeigen.

Während die Ausführungsform der Verteiler und Kollektoren in der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentlichen rechtwinklig sind, könnte die Vorrichtung in äquivalenter Weise nicht rechteckige oder winkelige Abtaststrahlenschemata benutzen. Es wird ein Rot- oder Infrarotdurchgangsfilter 23 benutzt, um nur Rotund Infrarotwellenlängen quer über den Lagebestimmungsbereich durchzulassen und auch alle nicht Rot- oder nicht Infrarot-Streustrahlung vom Eintritt von außen in die Vorrichtung auszuschliessen, so daß derartiges Streulicht den Betrieb der Einrichtung

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nicht stören kann, sowie auch zum Abdichten und zum Einschließen des im wesentlichen ringförmigen Gehäuses. Es können in äquivalenter Weise auch andere Strahlungsenergiefiltereinrichtungen benutzt werden, einschließlich eines Allpaßklarfensters. Außerdem können nicht gestufte Spiegelariordnungen verwendet werden, ob-· wohl sie u. ü. recht tiefe krummlinige Spiegelformen benötigen; was erheblich zur Größe und den Kosten in Verbindung mit der Vorrichtung beiträgt - das sind Schwierigkeiten, die durch die besonders ausgelegten gestuften Staffelspiegel überwunden werden. Jeder der entsprechenden gestuften Staffelspiegel, ob als Verteiler oder Kollektor verwendet, weist an seinem Ende A bzw. an .seinem kleinen Ende B Spiegelflächen auf, welche eine Reflexion und Übertragung von Strahlungsenergie außerhalb der "blockierbaren¹¹ Abschnitte des Lagebereichfensters 21 gestatten. Wahlweise können Brechungseinrichtungen wie Linsen oder Fresnel-Linsen oder Brechungs-Reflexionseinrichtungen wie beispielsweise ein Spiegelprisma anstelle der Verteiler 32 und 40 und/oder Kollektoren 41 und 42 verwendet werden·, um das divergierende Licht von der Lichtquelle 28 durch Brechung und/oder Brechung-Reflexion in im wesentlichen parallele Strahlen quer über das Fenster 21 oder wahlweise auf die Detektoreinrichtung zu übertragen.

Der optische Abtaster 48 wird in Fig. 2 gezeigt als bestehend aus dem Motor 53 mit.der Achse 54, die εη das optische Element 56-57 über den Befestigungskörper 55 anceschlossen ist. An dem optischen Körper 56-57 ist zum Umlauf irut ihm eine Blendenplatte 61 mit einem Öffnungsschlitz 62 befes tigt, welcher die übertragung von analysierten Licht-"Abschnitten" zum Auftreffen auf ■

den Detektor 60 mit den elektrischen Leitungen 63 gestattet.

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Der Abtaster 48 laufz, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, um zum Empfang von Strailungsenergieübertragungen von den Kollektoren, wie beispielsweise Kollektor 41, obwohl es nur einem Teil der übertragenen Strahlen gestattet ist, den Detektor 60 zu erreichen, vorzugsweise eine Silizium-Fotozellendiode, wie durch die Schlitzöffnung 62 begrenzt. Beim Umlauf bei einer konstanten Geschwindigkeit werden Reflexionen von dem Kollektor 41 zuerst von dem Detektor bei seinem Umlauf in Uhrzeigerrichtung betrachtet, dann wird das NichtVorhandensein von Licht ausgewiesen als Folge dar Betrachtung des Schirmes 19 durch den Abtaster. Hieran schließt sich eine Betrachtung von Reflexionen von der Kollektorreihe 42 durch den Abtaster an, gefolgt durch Abwesenheit von Licht infolge des Schirmes 18, usw. Vorzugsweise sind die Schirme 18 and 19 schwarz und undurchsichtig, um die unerwünschte Strahlung wirksamer zu absorbieren. Die Silizium-Fotozelle 60 wird in einer stationären Lage über der umlaufenden Blende 61 gehalten.

Das optische Element 56-57 enthält eine optisch transparente Kugel, hier acrylisch, die in zwei Halbkugeln geschnitten ist. Die untere Halbkugel 56 wird nur als ein Ausgleich zur Erleichterung einer ebenen Drehung der optischen Vorrichtung durch den Motor 53 und die Welle 54 benutzt. Die Halbkugel 57 besitzt eine hintere planare Oberfläche 57 a, die vorzugsweise optisch poliert ist. Die nach außen freigelegte Oberfläche der Halbkugel 57, die in Fig. 2 als Strahlungsenergiestrahlen 58 durch 60 empfangend gezeigt ist, wirkt als eine konvergierende Linsenoberfläche. Die gesamte innere Brechung findet statt an der Oberfläche 57 b infolge des nominellen Brechungsindexes des verwendeten Materials (acrylisches Material hat einen Index von 1,5) gegenüber dem

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Index 1,0 des Luftraumes, der durch die Abstandsstifte 64 und 65 aufrechterhalten wird, die in der rückwärtigen planaren Oberfläche 57 angeordnet sind.

Die optische Vorrichtung wird in Fig. 3 vor Entfernung des oberen Abschnitts gezeigt, und die Figuren 3 und 4 zeigen die Konstruktion für die optische Vorrichtung einschließlich der Abstandsstifte 64 und 65 sowie die Halbkugelabschnitte 56 und 57.-Die Kugelabschnitte 66 und 67 sind opak gemacht. Wahlweise können sie fortgeschnitten und die so freigelegten Oberflächen dann opak gemacht werden. ' ■

In der bevozugten Ausführungshorn des Taster-Detektors wird Acrylit 210-0 oder Plexiglas 2423 bei der Herstellung des Rotoder Infrarotdurchgangsfilters 23 benutzt, wodurch das Innere der'krapfenförmigen" Vorrichtung abgedichtet wird. Eine Acrylkugel mit einem Durchmesser von 3/4 Zoll dient als das optische Element 56-57, obwohl "Glas in äquivalenter Weise benutzt werden kann. Die Breite des Schlitzes 62 beträgt 0,014 Zoll. Bei einer vorderen Breite der "konvergierenden Linse" (converging lens) der Halbkugel 57 von annähernd 0,3 Zoll i.berquert ein Lichtstiäil von etwa 0,3 Zoll Breite von dem Glühfaden der Lampe 28 (G.E. No. 194) den Lagebereich und geht durch den Schlitz 62 hindurch auf den Fotodetektor 60, welcher spektral mii. der Strahlungsquelle 28 verträglich sein muß. In der bevorzugten Ausführungsform enthält der Fotodetektor 60 eine Siliziunfotc.diode VACTEC VTS-4085 H.

In der Schaltkreisanordnung 70 der Fig. 5 hat die auf +V und OV übertragene Eingangsenergie einen Wert von 12 V Gleichstrom" bei

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* ■ ' ist

nominell 0,35 Ampere, geregelt auf 5 %«, Die Lampe 71/direkt an die 12 V angeschlossen, der Motor 75 zur Geräuschminderung durch den Kondensator 74 parallel geschaltet. Vorzugsweise sollte dieser Kondensator ein Breitbarid RF-Bypass-Typ sein, wie beispielsweise ein 0,1 bis 0,01 Mikrofarad metallisierter Polyesterkondensator. Die Widerstände 72 und 73 reduzieren die 12 V Gleichstrom auf einen Gleichstrom von nominell positiv 5, 7 V, um die erwünschte Umlaufgeschwindigkeit in dem Motor 75 zu erzeugen. Diese Geschwindigkeit ist hoch genug für die erwünschte Abtastungsrate, ist jedoch niedrig genug für eine gute Motorlebensdauer und Leichtigkeit in der Datenverarbeitung. Es könnte durch Verwendung eines geeigneten Gleichstrom-r oder Wechselstrommotors, angetrieben von einer geeigneten Gleihstrom- oder Wechselstromspannungsquelle, ein weiter Bereich von Umlaufgeschwindigkeiten erzeugt werden. In einigen Anwendungsfallen wird ein Synchronmotor bevorzugt, bei anderen ein Schrittschaltmotor« Der Erstgenannte stellt eine konstante Abtastrate sicher, der Letztere quantisiert den Lagebereich, ohne daß Software-Berechnungen erforderlich wären. Ein geeigneter Gleichstrommotor zur Verwendung in der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 wäre ein. MABUCHI RF-51OT-1262O mit einer nominellen Umlaufgeschwindigkeit von 2400 UpM₀ Der Fotozellensensor 76 ist wirksam mit dem Verstärkereinbau 77 verbunden.

Der Verstärker 77 wird in Fig. 6 mit fünf getrennten Abschnitten eines CMOS 74CO4 Hex-Wandlers gezeigt (hex-invertor). Der Stift 7 von 74CO4 ist mit der OV-Schiene verbunden und der Stift 14 von 74CO4 ist mit der positiven Schiene an der Kathode der Diode 81 verbunden und übertiäjt somit 12 V weniger einem Diodenabfall auf die Einrichtung 74C4 und erzeugt dadurch Vco bei etwa 11,3 V.

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Wahlweise enthalten die Operationsverstärker 86, 91, 92, 99 und 100 bei entsprechenden Abwandlungen des Stromkreises jeweils ein TLO81 von Texas Instruments, einen Abschnitt von Texas Instruments TLO84 oder einen National Semiconductor-Verstärker LM3O8. Der erste Abschnitt des Verstärkers 77 ist eine Spannungszuge-winnstufe, wo der 2,2 Megaohm Widerstand 80 den Eingangsstrom ·· auf die Ausgangsspannungsverstärkung setzt. Ein Kondensator 84 von 10 Picofarad rollt die hohen Frequenzen ab, um das Geräusch zu vermindern. Der Winderstand 85 erhält auch die■Fotozellenspannung in Sperrichtung aufrecht. Der Ausgang dieser Stufe Wird durch die gegensinnig gepolten polarisierten 10 Mikrofarad Kondensatoren 87-88 oder wahlweise durch einen 10 Mikrofarad.nicht polarisierten. Kondensator an den Eingangswiderstand 89 der zweiten Stufe gekoppelt. Der zweite Operationsverstärker 91 ist an einen Rückkopplungswiderstand 90 von einem Megaohm angeschlossen und ergibt mit dem 100 Kiloohm Widerstand 89 eine Nennspannungsverstärkung von 10. Dieser Ausgang ist durch den Kondensator 95 von 0,1 Mikrofarad an den 10 Kiloohm Widerstand 96, den Operationsverstärker 92 und die Diode 97; (ΪΝ914) gekoppelt. Der Operationsverstärker 92 und die Diode 97 bewirken ein Festklemmen des Signals, so daß es von dem Beaufschlagungspunkt des Verstärkers (nominell 1/2 Vcc) aus nicht positiv gehen kann. Der Widerstand 93 von 420 Kiloohm hält den Ausgang des Kondensators 95 gegen den Klemmwert. Die Elemente 92, 93, 96 und 97 bilden einen Gleichstromrücksteller. Das Gleichstromrückstellsignal (wo der am meisten positive Gleichstromwert 1/2 Vcc ist) ist an einen Schmitt-Trigger 98-101 gekoppelt. Die Operationsverstärker 99 und 100 sind in dem Schmitt-Triger an den Rückkopplungswiderstand 101 von 4,7 Megaohm und den Eingangswiderstand 98 von 220

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Kiloohm angeschlossen. Der Widerstand 94 von 1,5 Megaohm beauf-

Punkt

schlagt den Schmitt-Trigger-/ mit Bezug auf den Eingang des Widerstands 98 leicht negativ von der Gleichstrombasis leitung, die •durch den Gleichstromrücksteller festgelegt wird. Der Widerstand 101 stellt die Hysterese zusammen mit dem Widerstand 98 von 220 Kiloohm' ein, was "auch die Eingangsempfindlichkeit beeinflußt. Die beiden Widerstände 102 und 103 von 470 0hm schützen zusammen mit den Dioden 104 und 106 (1N914) den Ausgang gegenüber statischen elektrischen Entladungen oder anderen zufälligen Beanspruchungen. Ein elektrolytischer Kondensator 105 von 10 Mikrofarad dient als Eingangsenergiefilter.

Die Diode 81 schützt gegenüber Beschädigungen infolge zufälliger Polaritätsumkehrung und kann ferner als Gleichrichter für"-Ausführungsformen dienen, die eine Wechselstromeingangsenergie verwenden.

In der in Fig. 6 gezeigten Stromkreisanordnung wi&t die Fotozelle 76 als eine Stromquelle, die durch Licht gesteuert wird.

Wenn im Betrieb der Taster-Detektor 48 nach Fig. 1 den Abschirmplatten 18 und 19 zugewendet ist oder diese fokussiert, klemmt der Gleichstromrücksteller das Signal auf 1/2 Vcc. Dies ist der höchste Pluseingang für den Schmitt-Triggerabschnitt des Schaltkreises. Der Beaufschlagungswiderstand 94 von 1,5 Megaohm veranlaßt den Schmitt-Trigger, unter dieser Bedingung einen reinen Pluseingang zu haben, und der Ausgang ist daher nahe der + 12 V.Schiene (maximaler Ausgang) der Fig. 7. Wenn der Taster den unbehinderten Bereich bei einer Strahlung oder Reflexion der Lampe 28 suchend überquert, dann schwingt der Signalpegel an der Foto-

• - - .../44

zelle relativ negativ. Der Ausgang in der Nähe der Kondensatoren 87 und 88 geht relativ positiv und der Ausgang an dem Kondensator 95 geht relativ negativ. Der Ausgang nach dem Gleichstromrücksteller schwingt daher nach negativ von dem Vcc-Nennwert des Ruckstellers. Der reine Eirrang in den Schmitt-Trigger 98-101 geht negativ von dem unteren Triggerwert, und der endgültige Ausgang geht zur Nullvoltschiene (minimaler Spannungswert - Grundstellung) des Ausgangs, wie in Fig. 7 gezeigt . Sollte ein Gegenstand, wie beispielsweise der Gegenstand 52 erscheinen, welcher die Strahlung für einen Teil der Abtastung wie in Fig. 1-gezeigt absorbiert oder blockiert, wo der Strahlungsstrahl 14 blockiert werden würde, dann kehrt für diesen Teil der Abtastung der· Ausgang der Fotozelle auf seinen "Dunkel"-Wert (kein Strom) zurück, der Ausgang au3 der ersten Verstärkerstufe geht relativ negativ, der Ausgang aus der zweiten Verstärkerstufe geht relativ positiv, und der Signalrücksteller geht auf die 1/2 Vcc-Basisleitung wie in Fig. 7 gezeigt zurück, wobei der Ausgang in seine erste Logikstellung · (Stellung entsprechend dem maximalen Ausgang) geht, wie durch den Ausgang 52 in Fig. 8 gezeigt.

Dementsprechend zeigt Fig. 7.der Zeichnungen die Stellungen der Abschirmungen 18 und 19, wenn kein Gegenstand die Verteilung der Strahlungsenergie quer über den Lagebereich stört. Die Abschirmungsabschnitte 113 und 111 in Fig. 7 sind lediglich Fortsetzungen derselben erheblich größeren Abschirmung 19, während die Signalwiedergabe 112 die Logik 1-Anzeige (Stellung bei maximalem Ausgang) der kleineren Abschirmung 18 um den Taster-Detektor 48 herum zeigt. Die Stellung auf der X- oder Y-Koordinatenachse,

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wenn ein Gegenstand durch Veränderung des Lichteingangs zur Fotozelle 60 in Fluchtlage ist, wird durch das veränderliche X (115) bzw. das veränderliche Y (114) gezeigt.

In Fig. 8 wird der Gegenstand 52 in einer Entfernung von Yl auf der Y-Koordinatenachse und von Xl auf der X-Koordinatenachse gezeigt, sowie leere Bereiche 122-124 als die übertragung des Lichts enthaltend, das nicht durch einen Gegenstand blockiert werden kann, da es sich vor oder hinter den eigentlichen "blockierbaren" Stellungen in dem Lagebereichfenster 21 befindet.

Aus der Darstellung der Fig. 8 ist jeweils eine volle Abtastung sowohl in dem X- als auch dem Y-Bereich ersichtlich, und die Beziehung zwischen den Bereichs lagen und dem Tasterumlaufwinkel ist eine konsistente Funktion, die geometrisch ableitbar ist. Aufgrund dieser Kenntnis kann der Ausgang interpretiert werden zur Angabe des Platzes eines Gegenstandes auf Xl und Yl (der Platz des Gegenstandes auf diesen beiden Koordinatenachsen), und die Größe des Gegenstandes kann durch delta X und delta Y gefunden werden, nämlich die Dicke der Darstellung für den Gegenstand 52 in dem Lagebereichfenster 21. Anstatt lediglich die "gelernten" Parameter des Gegenstandes innerhalb des Fensters anzuzeigen, kann der Ausgang der Tastervorrichtung auch an andere Geräte gekoppelt werden, um dadurch beispielsweise in elektrisch betätigte Servomotoren eingeführt zu werden.

Fig. 9 der Zeichnungen zeigt das Ausgangssignal, bevor der Gleichstromrückstellabschnitt des Schaltkreises auf dies Signal einwirkt. Fig. 10 zeigt das Ausgangssignal der Vorrichtung nach dem Betrieb des Gleichstromrückstellers, wobei die Werte c und d die

• "■ ~ .../46

Schmitt-Triggerwerte enthalten. In Fig. 10 wird der Logikwert 1 (maximaler Ausgang) bei 1/2 Vcc gezeigt/ und die Stellungen eines durch "Behinderungen" (Obstractions) 144 und 145 dargestellten Gegenstandes treten bei deutlichen Entfernungen 149 bzw. 147 in den X- und Y-Abmessungen auf.

Fig. 11 zeigt die besonders ausgelegte gestufte Staffelspiegelanordnung mit 29 Facetten, bei der die Spitzen der Spiegel in Aufeinanderfolge eine konstante. Abmessung voneinander haben, hier 0/2 Zoll.

In der Ausführungsform nach Fig. 11 bestehen die" folgenden Winkel beziehungen:

Alle Beta-Winkel betragen 90°

Alpha Grad Min. Alpha Grad Min. Alpha Grad Min.

1.	27	15	11.	34	10	21.	41.	10
2.	28	00	12.	34	55	22.	41·	50
3.	28	40	13.	35	35	23.	42 '	30
4.	29	20	14.	36	.20	24.	43	15
5.	30	00	15.	37	00 .	25.	43	55
6.	30	45	16.	37	40	26.	44	35
7.	31 ■	25	17.	38	20	27.	45	20
8.	32	05	18.	39	05	28.	46	00
9. "	32	50	19.	39	45	29.	46	40
10.	33	30	20.	40	25

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In Fig. · 12 der Zeichnungen wi'rd ein gestufter Staffelspiegel mit 18 Facetten gezeigt, bei dem die Spitzen um 0,375 Zoll auf Abstand gehalten sind. In Fig. 12 sind die Winkel wie folgt:

Alle Beta-Winkel betragen 90°

Alpha Grad Min. Alpha Grad Min. Alpha Grad Min,

1.	16	56 .	7.	32	44	13.	40 ·	34
2.	20	56	8.	• 34	20	14.	41	34
3.	24	05	9.	35	47	15.	42	30
4.	26	42	10.	37	08	16.	43	23
5.	28	58	11.	38	22	17.	44	12
6.	30	57	12.	39	30	18.	45	00

Es ist zu beachten, daß die Facetten wie 191 in Fig. 11 oder 155 und 156 in Fig. 12 von im wesentlichen planarer Form oder gekrümmt sein können, wie in angedeuteten Linien gezeigt, um das von ihnen reflektierte Licht zu "fokussieren". Außerdem kann die in einer besonderen Anwendungsart benutzte Anzahl Oberflächen mit Bezug auf Produzierbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Kantenverluste, Auflösung und Tiefe der Staffelanordnung optimiert werden. Jedoch ermöglicht die besondere Konstruktion nach Fig. 11 eine lineare Ausgangsanzeige infolge der Fähigkeit des Detektor-Tasters, entsprechende äquivalente Entfernungen quer über das Lagebereichfenster als eine Funktion entsprechender im wesentlichen äquivalenter radialer Abtastwinkel zu "überblicken" oder darauf zu fokussieren. Die besondere Konstruktion dieser gestuften Staffelspiegelanordnung ermöglicht auch die Steuerung der Intensität, so daß die Intensität quer über das Fenster im wesentlichen äquivalent ist, ungeachtet der betrachteten Koordinatenstellung. Im Sinne der Auf1Ö-.

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sung bedeutet das, daß es nötig ist, einen Steigungsabstand zwischen den Facetten einer bestimmten Spiegelanordnung zu entwickeln, der kleiner ist als der kleinste Gegenstand, der aufgelöst werden soll. Wahlweise können die Spiegelfacetten in die Form eines Parallelogramms geschrägt werden, um Schatten auszuschalten.Für flachere Spiegel als die der Fig. 11,, wie beispielsweise-der Fig. 12, muß

in eine trigonometrische oder andere Funktion/Verbindung mit der Anzeigevorrichtung verwendet werden,- da der Platz eines Gegenstandes nunmehr eine nichtlineare Funktion der radialen Abtastwinkel ist, bei denen der Gegenstand festgestellt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das optische Element 77 stationär und der Abschirmung 29 zugewendet, und die Abschirmung 18 entfernt. Die Blende 61 ist nicht erforderlich. Der Detektor 60 ist ein "Linearbildsensor" (Linear Image Sensor) von Fairchild derType Semiconductor CCDIlO oder ein Äquivalent desselben und bildet in Kombination mit einer geeigneten Schaltkreiseinrichtung und dem Element 57 sowohl die selektiven Betrachtungs- als auch Detektoreinrichtungen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Einrichtung zum selektiven Betrachten übertragener Strahlungsenergie an anderen Plätzen auf dem übertragungsweg der Strahlungsenergie. Beispielsweise kann anstatt der Verwendung eines umlaufenden "Taster-Detektors", wie bereits beschrieben, ein stationärer Detektor verwendet werden mit einem projizierenden Taster-Emitter. Nach Fig. 2 wird bei der Ausführungsform mit dem Taster-Emitter die vorherige Fotozelle 60 eine Lichtquelle 60, wobei die Elemente 61, 62 und 53-57 dieselbe Struktur annehmen wie im vor-

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hergehenden beschrieben.

Der Tasten-Emitter 48 würde den Taster-Detektor (48) zwischen den Reihen 41 und 42 ersetzen zur Übertragung der Strahlungsenergie quer über das "Fenster" 21 in eine Richtung entgegengesetzt zu den in Fig. 1 gezeigten Pfeilköpfen. Übertragungen und/oder Veränderungen in der so übertragenen Energie werden von einer stationären Fotozellenanordnung 28 innerhalb der Abschirmungen 27 und 29 aufgenommen. In dieser Ausführungsform werden die Kollektoranordnungen Verteileranordnungen und umgekehrt.

Wahlweise können elektrochemische, elektromechanische, mechanische oder elektronische Blendenvorrichtungen wie flüssige Kristallan-' zcigeelemente oder durch Lautsprecher bewegte Öffnungsschlitze,. Solenoide oder keranische piezoelektrische Wandler an geeigneten Stellen auf dem Übertragungsweg der Strahlungsenergie eingeschaltet werden, um eine selektive Betrachtung der übertragenen Strahlungsenergieemissionen zu ermöglichen.

Eine weitere Ausfü_hrungsform der Vorrichtung wird in Fig. 13 gezeigt, in welcher eine Anzahl lichtemittierender Dioden in jeder von zwei Dimensionen wie LEDS 163-168 angeordnet sind, um gleichzeitig als Strahlungsenergie-Aussendeeinrichtung und Verteilungseinrichtung zu dienen. Die integrierten Kollektorreihen 161 und 162.dienen dazu, übertragenes Licht (oder die Abwesenheit desselben) äquivalent auf die Detektoreinrichtung 182 zu reflektieren, die aus gegensinnigen Fotozellen 183 und 184 besteht. Lattenrahmen 181, die Makro- oder MikroJalousien

.../5O

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sein könnten und den Lagebereich 186 vollständig einschließen, dienen zur Begrenzung des emittierten Lichts .in parallele Strahlen. · - '

Um Abschnitte der Strahlungsenergie selektiv zu betrachten oder abzutasten und einen Bezugsrahmen zu erstellen, mit Bezug auf den einer der LED-Strahlen blockiert wird, falls ein Gegenstand in dem Fenster 186 erscheinen sollte, werden die LEDS selbst bei · einer erwünschten Rate nacheinander pulsiert, um ein Abtast-Zeitsignal ähnlich dem der Ausführungsform nach Fig. 1 zu erzeugen. Durch eine derartige Technik werden nur eine oder zwei Fotozelleneinrichtungen benötigt, um die Übertragungs- und Veränderungscharakteristika zu "interpretieren", die aus der Lage eines Gegenstandes innerhalb des Lagebereichs 186 resultieren.

.Die obige Beschreibung und die Zeichnungen erläutern und beschreiben lediglich die Erfindung; die Erfindung ist nicht darauf begrenzt, sondern wird lediglich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt, da Fachleute auf diesem Gebiet mit Hilfe dieser Offenbarung in der Lage sind, Abwandlungen und Veränderungen an der Erfindung vorzunehmen, ohne von ihrem Bereich abzuweichen.

, 1 ■ Leerseite

Claims

Ansprüche;

1. ' Optische Lagebestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Lage

eines oder mehrerer Gegenstände auf einer oder mehreren Koordinatenachsen, sowie zur Bestimmung anderer meßbarer Parameter dieses einen oder mehrerer Gegenstände wie Größe, gekennzeichnet durch Strahlungsenergie-Sendeeinrichtungen, eine oder mehrere Vertexlereinrichtungeh, die mit den Strahlungsenergie-Sendeeinrichtungen zusammenarbeiten, um die von ihnen ausgesendete Strahlungsenergie über einen Lagebereich von einem Punkt auf einem Abschnitt des Bereiches entlang zu verteilen, eine oder mehrere integrierte Kollektoreinrichtungen, die auf einem zweiten Abschnitt des Lagebereichs entlang angeordnet sind, der im wesentlichen gegenüber dem ersten Abschnitt

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dieses Lagebereiches liegt, und mit einer der einen oder mehrreren Verteilereinrichtungen jeweils zum Empfang und zur übergabe der über diesen Lagebereich verteilten Strahlungsenergie auf die Detektioreinrichtungen zusammenarbeiten, Signalausgangsvorrichtungen, die wirksam mit der Detektoreinrichtung verbunden sind, sowie Einrichtungen zum wahlweisen Betrachten von Abschnitten der Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung für die verteilte und empfangene Strahlungsenergie zur Offenbarung von Eigenschaften der Strahlungsenergie, die als Folge der Feststellung des Gegenstandes innerhalb des Lagebereichs verändert

die Lage des Gegenstandes innerhalb, des

Lagebereichs sowie andere Parameter des Gegenstandes zu bestimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsaussendeeinrichtungen, Verteilereinrichtungen, integrierte Kollektoreinrichtungen und die Detektoreinrichtung wirksam innerhalb eines geschlossenen Gehäusekörpers angeordnet sind und der genannte Lagebereich einen durch den Gehäusekörper eingeschlossenen, im wesentlichen offenen Bereich enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine der genannten Strahlungsenergie-Aussendeeinrichtungeri, eine der genannten Verteilereinrichtungen, eine, der genannten integrierten Kollektoreinrichtungen und Detektoreinrichtungen zur Bestimmung der Lage_ und/oder anderer Parameter eines oder mehrerer Gegenstände auf einer Koordinatenachse in einer Dimension enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei im wesentlichen getrennte Verteilereinrichtungen und. zwei im wesentlichen getrennte integrierte Kollektoreinrichtungen enthält, die jeWeils mit jedem der genannten zwei Verteilerkörper zur Auffindung des einen oder mehrerer Gegen- · stände sowie anderer Parameter des genannten einen oder mehrerer Gegenstände in zwei Dimensionen flüchten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strahlungsenergie-Aussendeeinrichtung ausgesendete und über den Lagebereich zu ihrer Sammlung und Feststellung verteilte Strahlungsenergie optimiert wird, um nicht nur die Lage und Große eines Gegenstandes auf den beiden Dimensionen entlang zu offenbaren, sondern auch die Höhe eines Gegenstandes als eine Punktion der von der empfangenen Strahlungsenergie durch die Detektoreinrichtung offenbarten Intensität zu offenbaren. · .

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl fluchtender und gestapelter zweidimensionaler Verteiler- und integrierter KoIlektoreiirichtungsgerate enthält zur Auffindung eines oder mehrerer Gegenstände, sowie anderer Parameter dieses einen oder mehrerer Gegenstände in drei Dimensionen. ___

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie nicht polarisiertes elektromagnetisches Licht· enthält.

313Λ303

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "Einrichtung zur wahlweisen Betrachtung eines Teils der Strahlungsenergie einen lichtprojizierenden Abtastsender enthält, der sich relativ zu dem Verteiler dreht, um Licht " bei verschiedenen Lagen quer über den Lagebereich wahlweise zu übertragen. ·

9.' Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Fotozelle zur Zusammenwirkung mit dem in der Vorrichtung verwendeten Verteiler und Kollektor enthält und das Fotozellenelement in der Lage ist, elektrische Ansprechungen relativ zu den Strahlungsenergieübertragungen zu erzeugen, um geänderte Lichtübertragungseigenschaften zu offenbaren und wiederum die Lage des einen oder mehrerer Gegenstände innerhalb des Lagebereichs als eine Zeitfunktion beim Umlauf des Abtastsenders zu beschreiben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung eine Anzahl einzelner Lichtquellen umfaßt, die mit Abstand auf dem ersten Abschnitt des Lagebereichs angeordnet sind, um weiter die Verteilereinrichtung zu bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Anzahl Lichtquellen eine lichtaussendende Diode umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein einzelnes fotoelektronisches Bauelement enthält, das mit der Detektoreinrichtung quer über eine Anzahl lichtaussendender. Dioden zusammenarbeitet, sowie eine Einrichtung zum wahlweisen Betrachten von Abschnitten der verteilten und empfangenen Strahlungsenergieemissionen mit Pulsation jeder der lichtaussendenden Dioden, Detektoreinrichtungen, die in der Lage sind, elektrische Ansprechungen relativ zu der von den lichtaussendenden Elektroden übertragenen Strahlungsenergie zu erzeugen, um veränderte Lichtübertragungseigenschaften zu offenbaren und wiederum den Ort eines Gegenstandes innerhalb des Lagebereichs als eine Zeitfunktion entsprechend der Pulsierung der lichtaussendenden Elektroden zu beschreiben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die-Einrichtungen zur wahlweisen Betrachtung von Abschnitten der Strahlungsenergie einen Abtaster enthalten, welcher sich relativ zu dem integrierten Kollektor dreht, um wahlweise Licht von verschiedenen Stellen quer über·den Lagebereich auf den Detektor zu übertragen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung im wesentlichen stationäre, ununterbrochen sendende Lichtquelleneinrichtungen umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der

Taster eine Schirmeinrichtung zur Aufnahme nicht von jeweils integrierten Kollektoreinrichtungen übertragener Strahlungs-energie enthält, sowie Motoreinrichtungen, die wirksam mit einem optischen Element zum Drehen desselben verbunden sind, eine Lochscheibe, die mit dem optischen Element zusammenarbeitet und eine dimensionierte Öffnung aufweist, um den Teil der übertragenen Strahlungsenergie zu beschreiben, der während der Umdrehung der Abtasteinrichtung an einem Punkt festgestellt wurde, wobei das Detektorelement wirksam in Fluchtlage mit dem optischen Element und der Lochmaske angeordnet ist, während die von dem integrierten Kollektor übertragene und in das optische. Element eintretende Strahlungsenergie durch die Lochmaske wiederum zur Oberfläche des Detektorelements gebrochen wird und das umlaufende optische Element und die Scheibe es der Tasteinrichtung gestatten, Abschnitt für Abschnitt quer über eine Koordinatenachse des von einem entsprechenden integrierten Kollektor beschriebenen Lagebereichs abzutasten und dann wiederum in aufeinanderfolgender Wiederholung quer über jede der verbleibenden Koordinatenachsen abzutasten, die von den verbleibenden der einen oder mehreren Kollektoreinrichtungen beschrieben werden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine Kugel'" mit einem darin ausgebildeten im. wesentlichen diagonal geschnittenen ebenen Abschnitt aufweist zum Brechen der Strahlungsenergie in die Lochscheibe hinein und durch sie hindurch.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das •Detektorelement eine Silicium-Fotozelle aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Sperreinrichtung zum Abfangen und Absorbieren von Strahlung aufweist, die auf andere Plätze als die längs der Verteilereinrichtung gerichtet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinrichtung mit der Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung, dem Detektorelement und dem Verstärker in einem elektrischen Stromkreis gekoppelt ist, wobei die Motoreinrichtung ferner einen Kondensator in Parallelschaltung mit sich enthält, um das Kommutatorgerausch von der Motoreinrichtung zu dämpfen, und in Verbindung mit einem Widerstand zur Verminderung der Spannung, um wiederum eine erwünschte Umlaufgeschwindigkeit in dem Motor zu erzeugen, und wobei dieser Motor ferner mit dem Verstärker parallelgeschaltet ist, der wiederum wirksam mit dem Detektorelement verbunden ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker auf die Intensität des Stromes durch das Detektorelement anspricht und das Detektorelement eine fotoelektronische Diode enthält, der Verstärkerkreis ferner Verstärkungseinrichtungen mit Geräuschunterdrückungsvorrichtungen zur Umwandlung des veränderlichen Stroms der fotoelektronischen Diode in ein resultierendes Spannungssignal aufweist, ferner ein Gleichstromrückstelle r mit dem Verstärker zur Wiederherstellung des

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Gleichstromwertes des Signals gekoppelt ist und ein Schmitt'scher Trigger zum Quantisieren des Signals und somit zur Entfernung des Geräusches vorhanden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung über eine Signalverarbeitungsvorrichtung wirksam mit einer visuellen Anzeigevorrichtung verbunden ist, um die von ihr abgetastete und festgestellte Strahlungsenergie visuell zu interpretieren. .

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur visuellen Interpretation der abgetasteten und festgestellten Strahlungsenergie eine Kathodenstrahleinrichtung mit visueller Anzeige enthält. ·

23.. Optische Lagebestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Strahlungsfilter, der zwischen dem Verteiler und clem integrierten Kollektor angeordnet ist, um die Interferenz von Licht und anderen Strahlungsenergien auszuschalten, die nicht den zur Feststellung gesendeten, verteilten und gesammelten Energiebereich oder die entsprechende Wellenlänge haben.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung ein Rot- und Infrarot-Durchgangsfilter enthält, das zwischen dem Verteiler und dem Kollektor eingeschaltet ist. ' .

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler die Strahlungsenergie an Plätzen außerhalb des jeweiligen Lagebereichabschnitts verteilt, um so einen Anfangsund Endstrahlungsenergiepfad. zu beschreiben, der nicht geändert und durch irgendwelche Gegenstände innerhalb des Lagebereichs unterbrochen werden kann, um wiederum Bezugspunkte zur Ermöglichung einer Analyse der aufgefundenen Strahlungsenergie quer über dem Abschnitt des Lagebereichs zu beschreiben, der von jedem festgestellten Gegenstand geändert werden kann.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte eine oder mehrere Verteilereinrichtungen einen gestuften Staffelspiegel enthalt zum Empfang der Strahlung von der Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung, um sie wiederum quer über den Lagebereich zu verteilen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehr der genannten integrierten Kollektoreinrichtungen einen gestuften Staffelspiegel zum Empfang der Strahlungsenergie enthalten, die über den Lagebereich verteilt ist, sowie zur anschließenden Übertragung derselben auf die Detektoreinrichtung, welche im wesentlichen an einer Einpunktstellung angeordnet ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder mehr der genannten Verteilereinrichtungen einen nicht gestuften reflektierenden Spiegel zum Empfang der

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Strahlung von der Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung enthält, ' um diese wiederum quer über den Lagebereich über eine lineare ' Abmessung zu verteilen.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der genannten integrierten Kollektoreinrichtungen einen nicht gestuften reflektierenden Spiegel zum Empfang der Strahlungsenergie enthält, die über den Lagebereich auf einer linearen Dimension verteilt wird, um sie anschließend auf den

■ Detektor zu übertragen, der im wesentlichen in einer Einpunktstellung angeordnet ist. ■

30. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,"daß eine oder mehrere der Verteiler- und Kollektoreinrichtungen einen gestuften Staffelspiegel zum Empfang und zum Reflektieren der Strahlungsenergie innerhalb der optischen Lagebestimmungseinrichtung enthält, welcher- eine Anzahl Facette-Spiegelelemente zur Übertragung von Teilen reflektierter Strahlungsenergie in einer nicht linearen Beziehung zum selektiven Betrachten der verteilten Strahlungsenergie durch die Detektoreinrichtung enthält.

31. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der genannten Verteilereinrichtungen und Kollektoreinrichtungen einen gestuften Staffelspiegel zum Empfang und zum Reflektieren der Strahlungsenergie innerhalb der optischen Lagebestimmungsvorrichtung enthält, der eine Anzahl Facette-

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Spiegelelemente zur Übertragung von Teilen der reflektierten Strahlungsenergie in linearer Beziehung für die selektive Betrachtung der verteilten Strahlungsenergie durch die Detektoreinrichtung aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der gestufte Staffelspiegel einen Facettenspiegel mit 29 Facetten enthält für die Übertragung gleicher Abschnitte reflektierter Strahlungsenergie in gleichen Zeitspannen relativ zu der selektiven Betrachtung der verteilten Strahlungsenergie durch den Detektor, wobei jeder der 29 Facettenabschnitte um 0,2 Zoll von der vorhergehenden und der folgenden Facette auf Abstand gehalten ist und die Facetten eine Tiefe von 1,617 Zoll bis 0,171 Zoll im wesentlichen in Form einer Krümmungslinie haben«,

33. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder mehrere der genannten Verteilereinrichtungen Brechungseinrichtungen aufweisen, die längs dem ersten Abschnitt des Lagebereichs in Stellung gebracht sind und die Strahlungsenergie durch Brechung derselben über den Lagebereich verteilt wird.

34. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der integrierten Kollektoreinrichtungen auf dem zweiten Abschnitt des Lagebereichs Brechungseinrichtungen enthalfen ,von denen die Strahlungsenergie empfangen und durch Brechung derselben auf die Detektoreinrichtung übertragen wird.

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35. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum selektiven Betrachtön von Abschnitten der Sendeeinrichtung von verteilter und empfangener Strahlungsenergie eine Elektronenblende enthält, die auf dem Pfad der Strahlungsenergieübertragung eingeschaltet ist und Teile der Strahlungsenergie nach Wunsch wirksam freilegt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Blende ein Flüssigkristall-Anzeigeelement enthält.

37. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum selektiven Betrachten von Abschnitten der Energiesendeeinrichtung verteilter und empfangener Strahlungsenergie eine mechanische Blende enthält, die auf dem Weg der Strahlungsenergieübertragung eingeschaltet ist und Teile der Strahlungsenergie nach Wunsch wirksam freilegt.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Blende eine Blendenschlitzeinrichtung enthält, die · von der Blendensteuereinrichtung wirksam gesteuert wird.

39. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Verteilereinrichtungen und integrierten Kollektoreinrichtungen eine gestufte Staffelspiegelanordnung zum Empfang und zur Reflexion von Strahlungsenergie enthalten, die im wesentlichen gekrümmte Spiegelflächen hat, um die Strahlungsübertragung durch Fokussieren der Strahlungsenergie bei ihrer Reflexion zu maximieren.

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40. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung und die Einrichtung zum selektiven Betrachten von Abschnitten der Energiesendeeinrichtung für die verteilte um empfangene Strahlungsenergie in eine im wesentlichen singuläre Komponente integriert werden, die einen linearen Bildsensör enthält.

41. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Pacette-Spiege!elemente ein in Längsrichtung geneigtes Parallelogramm mit zur Waagerechten in Querrichtung abgewinkelten senkfechten Seiten aufweist, um unerwünschte Schattenwirkungen bei der Reflexion der Strahlungsenergie innerhalb' der optischen Lagebestimmungseinrichtung auszuschalten.

42. Optische Lagebestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Lage . . eines oder mehrerer Gegenstände auf zwei oder mehreren Koordinatenachsen, sowie zur Bestimmung anderer meßbarer Parameter, wie zum Beispiel die Gräöße dieses einen oder mehrerer Gegenstände, gekennzeichnet durch: Strahlungsenergie-Sendeeinrichtungen, eine oder mehrere Verteilereinrichtungen, die mit der Strahlungsenergie-Sendeeinrichtung zusammenarbeiten, um die von ihr ausgesendete Strahlungsenergie über einen Lagebereich von einer Stellung auf einem Abschnitt dieses Bereiches aus zu verteilen, eine oder mehrere integrierte Kollektoreinrichtungen, die auf einem zweiten Anschnitt dieses Lagebereichs angeordnet sind und mit einer der genannten einen oder mehreren Verteilereinrichtungen jeweils zur Aufnahme und Über-

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tragung der über den Lagebereich verteilten Strahlungsenergie auf .die Detektoreinrichtungßusammenarbeiten, Signalausgangseinrichtungen, die wirksam mit der Detektoreinrichtung verbunden sind, sowie Einrichtungen zur wahlweisen Betrachtung von Abschnitten der Sendeeinrichtung für die verteilte und empfangene Strahlungsenergie zur Offenbarung von Eigenschaften der Strahlungsenergie, die als Folge eines innerhalb des Lagebereichs festgestellten Gegenstandes geändert worden sind, um so wiederum die Lage des Gegenstandes innerhalb des Lagebereichs sowie auch andere Parameter dieses Gegenstandes zu bestimmen.

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