DE3319320A1

DE3319320A1 - Device for detecting a spatial coordinate of a light point

Info

Publication number: DE3319320A1
Application number: DE19833319320
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 8150 Holzkirchen Doemens; Richard Dr. 8028 Taufkirchen Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-05-27
Filing date: 1983-05-27
Publication date: 1984-11-29
Also published as: JPS59226803A

Abstract

In order to detect a spatial coordinate (x) of a light point (1, 2), at least one lens (L) for projecting the light point (1, 2) is provided on a spatially sensitive detector. A clear increase in the upper cut-off frequency of the spatially sensitive detector can be achieved by the following features: a) the spatially sensitive detector consists of a graduated filter (V) and a downstream photodetector (P1), b) the graduated filter (V) is at least approximately in the image plane of the lens (L), c) the transmittance of the graduated filter (V) is variable in the direction (x') of the spatial coordinate (x) to be detected. <IMAGE>

Description

Einrichtung zur Erfa;^sulJg einer Ortskoordinate einesDevice for the detection of a location coordinate of a

Lichtunktes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung einer Ortskoordinate eines Lichtpunktes, mit mindestens einer Linse zur Abbildung des Lichtpunktes auf einen ortsempfindlichen Detektor.Light points The invention relates to a device for detection a location coordinate of a point of light, with at least one lens for imaging of the light point on a position-sensitive detector.

Eine derartige Einrichtung, bei welcher als ortsempfindlicher Detektor ein ortsempfindlicher Halbleiterdetektor verwendet wird, ist aus der DE-OS 31 19 505 bekannt. Mit dieser bekannten Einrichtung können unter Zuhilfenahme von Triangulationsverfahren die Ortskoordinaten der Oberfläche von dreidimensionalen Objekten erfaßt werden.Such a device, in which as a location-sensitive detector a location-sensitive semiconductor detector is used, is from DE-OS 31 19 505 known. With this known device, with the aid of triangulation methods the spatial coordinates of the surface of three-dimensional objects can be recorded.

Hierzu wird das Objekt mit Hilfe eines Laserstrahls punktuell abgetastet, wobei die auf dem Objekt erzeugten Lichtpunkte bzw. Lichtflecke über ein seitlich angeordnetes Objektiv auf den ortsempfindlichen Halbleiterdetektor abgebildet werden. Aus der bekannten Lage des Laserstrahls und aus der über den ortsempfindlichen Halbleiterdetektor gemessenen Höhe eines Lichtpunktes lassen sich dann jeweils die drei kartesischen Ortskoordinaten dieses Punktes der Oberfläche des Objekts ermitteln. Da der Dynamikbereich der verwendeten positionsempfindlichen Halbleiterkletektoren nicht ausreicht, um alle extremen Schwankungen de. Intensität des gestreuten Lichtes zu verarbeiten, ist bei der bekannten Einrichtung zusätzlich eine Regelung vorgesehen, mit welcher die Leistung des Laserstrahles dem lokalen Streuvermögen der Oberfläche des Objekts angepaßt wird. Ein Nachteil der bei der bekannten Einrichtung eingesetzten ortsempfindlichen Halbleiter- detektoren ist jedoch ihre relativ niedrige Grenzfrequenz.For this purpose, the object is scanned selectively with the help of a laser beam, the light points or light spots generated on the object via a side arranged lens are mapped onto the location-sensitive semiconductor detector. From the known position of the laser beam and from the position-sensitive semiconductor detector measured height of a point of light can then each be the three Cartesian Determine the location coordinates of this point on the surface of the object. Because the dynamic range of the position-sensitive semiconductor detectors used is not sufficient to all extreme fluctuations de. To process the intensity of the scattered light, a control is also provided in the known device with which the power of the laser beam the local scattering power of the surface of the object is adjusted. A disadvantage of the position-sensitive devices used in the known device Semiconductor- detectors is their relatively low cut-off frequency.

Diese Grenzfrequenz beträgt etwa 50 bis 100 kHz, was einer Abtastfrequenz der Höhenkoordinaten der Oberfläche des Objekts von etwa 10 kHz entspricht. Als Folge dieser niedrigen Grenzfrequenz der ortsempfindlichen Halbleiterdetektoren ist dann aber auch die Regelung der Leistung des Laserstrahles relativ langsam Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art die obere Grenzfrequenz des ortsempfindlichen Detektors deutlich zu erhöhen.This cut-off frequency is about 50 to 100 kHz, which is a sampling frequency corresponds to the height coordinates of the surface of the object of about 10 kHz. as The consequence of this low cut-off frequency of the position-sensitive semiconductor detectors but then the regulation of the power of the laser beam is also relatively slow The invention is based on the object in a device of the type mentioned at the beginning Kind of significantly increasing the upper limit frequency of the position-sensitive detector.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst: a) der ortsempfindliche Detektor besteht aus einem Verlaufsfilter und einem nachgeordneten Photodetektor, b) das Verlaufsfilter ist zumindest angenähert in der Bildebene der Linse angeordnet, c) der Transmissionsgrad des Verlaufsfilters ist in Richtung der zu erfassenden Ortskoordinate veränderlich.According to the invention, this object is achieved by the following features: a) the position-sensitive detector consists of a graduated filter and a downstream filter Photodetector, b) the graduated filter is at least approximately in the image plane of the Lens arranged, c) the transmittance of the graduated filter is in the direction of location coordinate to be recorded changeable.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird also anstelle eines ortsempfindlichen Halbleiterdetektors ein Verlaufsfilter mit einem nachgeordneten, nicht ortsempfindlichen Photodetektor verwendet Diese Kombination aus Verlaufsfilter und Photodetektor wirkt dann als ortsempfindlicher Detektor, da sich der Transmissionsgrad des Verlaufsfilters in Richtung der zu erfassenden Ortskoordinate ändert. Falls die Intensität des Streulichtes als konstant angenommen werden kann, kann dann aus der Größe des von dem Photodetektor erzeugten Signales wegen der bekannten, ortsabhängigen Strahlabschwächung durch das Verlaufsfilter die in ihrer Richtung vorgegebene Ortskoordinate eines jeweils auf dem Objekt erzeugten Lichtpunktes ermittelt werden. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die obere Grenzfrequenz des aus Verlaufsfilter und nachgeordnetem Photodetektor bestehenden ortsempfindlichen Detektors in den Rereich von einigen NHz angehoben wird, wobei diese Anhebung der oberen Grenzfrequenz bei niedrigen Empfangsleistungen von einigen Mikrowatt erreicht wird. Die Anhebung der oberen Grenzfrequenz bei niedrigen Empfangsleistungen ist insbesondere bei der industriellen Anwendung von Triangulationsverfahren wichtig, da hier aus Sicherheits- und Kostengründen auf Laser mit einer Ausgangsleistung von einigen Watt verzichtet werden muß und eine Beschränkung auf einige zehn Milliwatt erforderlich ist.In the device according to the invention, instead of a location-sensitive Semiconductor detector a graduated filter with a downstream, non-position-sensitive Photodetector used This combination of graduated filter and photodetector works then as a location-sensitive detector, since the transmittance of the graduated filter changes in the direction of the location coordinate to be recorded. If the intensity of the scattered light can then be assumed to be constant from the size of the photodetector generated signal because of the known, location-dependent beam attenuation by the graduated filter the location coordinate of a given direction in each case be determined on the object generated light point. The achieved with the invention The particular advantages are that the upper limit frequency of the graduated filter and downstream photodetector existing location-sensitive detector in the Range is raised by a few NHz, this raising the upper limit frequency at low reception power of a few microwatts. The raising the upper limit frequency at low receiving powers is especially at the industrial application of triangulation processes is important, since here for safety and for reasons of cost, lasers with an output power of a few watts are dispensed with and a limitation of several tens of milliwatts is required.

Wegen stark unterschiedlicher Oberflächeneigenschaften der meisten Objekte ändert sich im allgemeinen die Intensität des von dem ortsempfindlichen Detektor empfangenen Streulichtes. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß in dem Strahlengang zwischen der Linse und dem Photodetektor ein teildurchlässiger Spiegel angeordnet ist und daß die Intensität des an dem teildurchlässigen Spiegel reflektierten Lichtes durch einen zweiten Photodetektor erfaßbar ist. Die Intensitätsschwankungen des empfangenen Streulichtes können dann durch die Kenntnis der Intensität des an dem teildurchlässigen Spiegel reflektierten Lichtes kompensiert werden. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß das Verhältnis der Intensität des durch das Verlaufsfilter hindurchgehenden Lichtes zu der Intensität des an dem teildurchlässigen Spiegel reflektierten Lichtes durch einen Dividierer ermittelbar ist. Das Ausgangssignal des Dividierers bildet dann ein intensitätsunabhängiges elektrisches Signal für die Ermittlung der gewünschten Ortskoordinate.Because of the vastly different surface properties of most of them Objects generally changes the intensity of the location-sensitive Detector received scattered light. In a preferred embodiment of the invention it is therefore provided that in the beam path between the lens and the photodetector a partially transparent mirror is arranged and that the intensity of the partially transparent Mirror reflected light can be detected by a second photodetector. the Fluctuations in the intensity of the scattered light received can then be caused by the knowledge compensated for the intensity of the light reflected on the partially transparent mirror will. This is preferably done in that the ratio of the intensity of the light passing through the graduated filter to the intensity of the partially transparent Reflected light mirror can be determined by a divider. The output signal of the divider then forms an intensity-independent electrical signal for identifying the desired location coordinate.

Das bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Verlaufsfilter kann als Graukeil ausgebildet sein. Derartige Graukeile dienen in der Optik zur stetigen Abschwächung des Lichtes, ohne seine Eigenschaften wie Polarisation und Farbe zu ändern.The graduated filter used in the device according to the invention can be designed as a gray wedge. Such gray wedges are used in optics steady attenuation of light without losing its properties such as polarization and Change color.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet das Verlaufafilter gleichzeitig den teildurchlässigen Spiegel. Eine derartige Verringerung des baulichen A wands kann dadurch erreicht werden, daß das Verlaufsfilter aus einem Glasträger und einer mit zunehmender Dicke darauf aufgebrachten Schicht aus einem Material besteht, welches teilweise reflektierend ist und ein mit der Dicke zunehmendes Absorptionsvermögen aufweist.In a preferred embodiment of the invention, the gradient filter forms at the same time the partially transparent mirror. Such a reduction in structural A wall can be achieved in that the graduated filter consists of a glass carrier and a layer of a material applied thereon with increasing thickness consists, which is partially reflective and an absorption capacity increasing with the thickness having.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der dem Verlaufsfilter nachgeordnete Photodetektor als Photovervielfacher ausgebildet. Hierbei wird durch die Kombination einer Photokathode mit einem Elektronenvervielfacher eine äußerst hohe Empfindlichkeit erreicht.In a further preferred embodiment of the invention, the The photodetector downstream of the graduated filter is designed as a photomultiplier. This is done by combining a photocathode with an electron multiplier reached an extremely high sensitivity.

Dementsprechend ist es auch zweckmäßig, wenn der dem teildurchlässigen Spiegel zugeordnete zweite Photodetektor ebenfalls als Photovervielfacher ausgebildet ist.Accordingly, it is also useful if the partially permeable The second photodetector assigned to the mirror is also designed as a photomultiplier is.

Das Transmissions-/Reflexionsverhältnis eines teildurchlässigen Spiegels wird im allgemeinen von der Polarisation des Lichtes beeinflußt. Falls dieser Einfluß zu unzulässig großen Unsicherheiten in der Erfassung der eindimensionalen Ortskoordinate führen sollte, kann dies auf einfache Weise dadurch verhindert werden, daß dem teildurchlässigen Spiegel ein Polarisationstilter vorgeschaltet wird.The transmission / reflection ratio of a partially transparent mirror is generally influenced by the polarization of the light. If that influence too inadmissibly large uncertainties in the acquisition of the one-dimensional location coordinate should lead, this can be prevented in a simple manner that the partially permeable A polarization filter is connected upstream of the mirror.

Das von dem Photodetektor gebildete Signal ist in der Regel nicht als lineare Funktion der zu ermittelnden Ortskoordinate anzusehen. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß das von dem Photodetektor gebildete Signal einer Elektronikeinheit zur Kalibrierung und Linearisierung dieses Signals zuführbar ist. Unter Kalibrierung ist hierbei die zur Erzielung absoluter Werte der Ortskoordinate erforderliche Festlegung des Nullpunktes und der Steigung zu verstehen.The signal generated by the photodetector is usually not to be regarded as a linear function of the location coordinate to be determined. With another Embodiment of the invention is therefore provided that the photodetector formed signal of an electronic unit for calibration and linearization of this Signal can be fed. Under calibration is the one to achieve absolute Values of the location coordinate required definition of the zero point and the slope to understand.

Die Elektronikeinheit kann dann auch dem Dividierer nachgeschaltet sein, wobei dann das intensitätsunabhängige elektrische Ausgangssignal des Dividierers kalibriert und linearisiert wird.The electronic unit can then also be connected downstream of the divider be, in which case the intensity-independent electrical output signal of the divider is calibrated and linearized.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die von dem Photodetektor und dem zweiten Photodetektor gebildeten Signale einem Summierer zuführbar sind und daß der Ausgang des Summierers mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Leistung einer den Lichtpunkt erzeugenden Lichtquelle verbunden ist. Da die Summe der von den Photodetektoren gebildeten Signale in erster Näherung proportional zur Intensität des Lichtflusses durch die Linse ist, kann dann über das Ausgangssignal des Summierers die Leistung der Lichtquelle so geregelt werden, daß eine überlastung der Photodetektoren vermieden wird und der Dynamikbereich des Dividierers nicht überschritten wird.In a further preferred embodiment of the invention, finally provided that those formed by the photodetector and the second photodetector Signals can be fed to a summer and that the output of the summer with a Control device for controlling the power of a light source generating the light point connected is. Since the sum of the signals formed by the photodetectors in the first Approximation proportional to the intensity of the light flux through the lens can then the output signal of the adder regulates the power of the light source in this way that an overload of the photodetectors is avoided and the dynamic range of the divider is not exceeded.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigen: Figur 1 das Grundprinzip der Erfindung in stark vereinfachter schematischer Darstellung, Figur 2 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur Erfassung einer Ortskoordinate eines Lichtpunktes, Figur 3 einen in der Ausführungsform nach Figur 2 als Verlaufsfilter verwendeten Graukeil, Figur 4 ein Verlaufsfilter, welches gleichzeitig als teildurchlässiger Spiegel wirkt und Figur 5 eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer Einrichtung zur Erfassung einer Ortskoordinate eines Lichtpunktes.The figures show: FIG. 1 the basic principle of the invention in a greatly simplified form schematic representation, Figure 2 shows a first embodiment of a device for recording a location coordinate of a point of light, Figure 3 a gray wedge used as a graduated filter in the embodiment according to FIG. 2, FIG. 4 shows a graduated filter which at the same time acts as a partially transparent mirror and FIG. 5 shows a preferred second embodiment of a device for detection a location coordinate of a point of light.

Gemäß Figur 1 ist zur punktuellen Abtastung eines Objekts 0 auf der Senderseite eine Lichtquelle Lq vorgesehen, welcher ein Modulator M und ein Scanner Sc zur Strahlablenkung nachgeordnet sind Zur Erfassung einer Ortskoordinate x der auf dem Objekt O erzeugten Lichtpunkte ist auf der Empfängerseite eine Linse L vorgesehen9 welcher ein Verlaufsfilter V und ein Photodetektor P1 nachgeordnet sind Der von der Lichtquelle Lq erzeugte Lichtstrahl wird mit Hilfe des Scanners Sc über die Oberfläche des Objektes O geführt, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Höhenlage der auf der Oberfläche erzeugten Lichtpunkte entsprechend der vertikal verlaufenden Ortskoordinate x erfaßt werden soll Beleuchtet nun der Lichtstrahl den Ort 1 auf der Oberfläche des Objektes O, so wird der entsprechende Lichtpunkt bzw. Lichtfleck mit Hilfe der Linse L auf das in der Bildebene der Linse L angeordnete Verlauf sfilter V abgebildet. Das Streulicht durchsetzt das Verlaufsfilter V am Ort 11, wird um einen ortsabhängigen Faktor durch das Verlaufsfilter V geschwächt, gelangt zum Photodetektor Pl und erzeugt nach Vorverstärkung in einem Verstärker Ve7 ein vom Ort 1' abhängiges elektrisches Signal 11(11). Dementsprechend beleuchtet der Lichtstrahl zu einem späteren Zeitpunkt den Ort 2 auf der Oberfläche des Objektes 0, wobei das Streulicht das Verlaufsfilter V am Ort 2' durchsetzt9 um einen ortsabhängigen Faktor durch das Verlauvsfilter V geschwächt wird, zum Photodetektor Pl gelangt und nach Vorverstärkung im Verstärker Vel ein vom Ort 2' abhängiges elrktriscbes Signal I1(2') erzeugt. Das quer zur optischen Achse angeordnete Verlaufsfilter V ist in :bezug auf die Richtung der Ortskoordinate x bzw. die entsprechende Richtung x' in der Bildebene so ausgerichtet, daß sich sein Transmissionsgrad in der Richtung x' stetig ändert.According to FIG. 1, for point-by-point scanning of an object 0 is on the A light source Lq is provided on the transmitter side, which has a modulator M and a scanner Sc are arranged downstream for beam deflection To detect a location coordinate x the A lens L is provided on the receiver side9 on the light points generated on the object O which a graduated filter V and a photodetector P1 are arranged downstream of the the light beam generated by the light source Lq is with the help of the scanner Sc on the Surface of the object O guided, in the illustrated embodiment the height of the points of light generated on the surface corresponding to the vertical running co-ordinate x is to be detected. The light beam is now illuminated the location 1 on the surface of the object O, then becomes the corresponding point of light or light spot with the help of the lens L on that arranged in the image plane of the lens L Graduated filter V shown. The scattered light passes through the graduated filter V am Location 11, is weakened by a location-dependent factor through the graduated filter V, reaches the photodetector P1 and, after pre-amplification, is generated in an amplifier Ve7 an electrical signal 11 (11) dependent on location 1 '. Illuminated accordingly the light beam at a later point in time the location 2 on the surface of the object 0, whereby the scattered light penetrates the graduated filter V at location 2 '9 by a location-dependent Factor is weakened by the delay filter V, arrives at the photodetector Pl and after Preamplification in the amplifier Vel depends on the location 2 ' electrical signal I1 (2 ') generated. The graduated filter arranged transversely to the optical axis V is in: with respect to the direction of the position coordinate x or the corresponding direction x 'aligned in the image plane so that its transmittance is in the direction x 'changes continuously.

Unter der Voraussetzung, daß die Intensität des Streulichtes konstant ist, kann aus der Größe des Signals 11 wegen der bekannten ortsabhängigen Strahlabschwächung durch das Verlaufsfilter V nach einer Kalibrierung und Linearisierung in einer Elektronikeinheit E die Ortskoordinate x des über die Oberfläche des Objektes O geführten Lichtpunktes ermittelt werden.Provided that the intensity of the scattered light is constant is, can from the size of the signal 11 because of the known location-dependent beam attenuation through the graduated filter V after calibration and linearization in an electronic unit E is the location coordinate x of the point of light guided over the surface of the object O. be determined.

Im Zusammenhang mit dem in Figur 1 dargestellten Grundprinzip ist noch zu erwähnen, daß als Lichtquelle Lq in der Regel ein Laser verwendet wird. Die Aufgabe des Modulators M wird an späterer Stelle bei der Beschreibung der Figur 5 näher erläutert. Bei der Linse L handelt es sich um eine Sammellinse in Form eines Linsensystems, beispielsweise um ein Objektiv. Als Verlaufsfilter V kann beispielsweise der in Figur 3 dargestellte und an späterer Stelle noch zu beschreibende Graukeil verwendet werden.In connection with the basic principle shown in FIG It should also be mentioned that a laser is generally used as the light source Lq. The task of the modulator M will be explained later in the description of the figure 5 explained in more detail. The lens L is a converging lens in the form of a Lens system, for example around a lens. As a graduated filter V, for example the gray wedge shown in FIG. 3 and to be described later be used.

Als Photodetektor Pl kann beispielsweise eine Siliziumphotodiode verwendet werden, wobei jedoch die Verwendung eines Photovervielfachers wegen dessen wesentlich höherer Empfindlichkeit zu bevorzugen ist.A silicon photodiode, for example, can be used as the photodetector P1 however, the use of a photomultiplier is essential because of this higher sensitivity is preferable.

Die in Figur 1 dargestellte Senderseite entfällt, wenn die Bewegung eines Objekts verfolgt werden soll. In diesem Fall wird auf dem Objekt eine punktförmige, in einem relativ großen Raumwinkel strahlende Lichtquelle wie zum Beispiel eine Leuchtdiode befestigt. Denkbar ist auch eine Bohrung im Objekt, die von rückwärts derart durchleuchtet wird, daß das Licht ebenfalls auf die Linse L trifft.The transmitter side shown in Figure 1 is omitted when the movement of an object is to be tracked. In this case, a punctiform, Light source radiating in a relatively large solid angle, such as a Light emitting diode attached. A hole in the object from the back is also conceivable is transilluminated in such a way that the light also hits the lens L.

Basierend auf dem in Figur 1 dargestellten Grundprinzip zeigt Figur 2 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur Erfassung einer Ortskoordinate eines Lichtpunktes.Based on the basic principle shown in FIG. 1, FIG 2 shows a first embodiment of a device for detecting a location coordinate of a point of light.

Im Unterschied zu Figur 1 ist hier zwischen der Linse L und dem Verlauf sfilter V' ein teildurchlässiger Spiegel 5 in den Strahlengang eingefügt. Dieser teildurchlässige Spiegel 5 list dabei zur optischen Achse geneigt, beispielsweise um einen Winkel von 4TO. Das an dem teildurchlässigen Spiegel S reflektierte Streulicht gelangt zu einem zweiten Photodetektor P2 und erzeugt nach Vorverstärkung in einem Verstärker Ve2 ein der Intensität des reflektierten Streulichts proportionales elektrisches Signal I2. Mit Hilfe dieses Signales I2 können dann Intensitätsschwankungen des am Objekt O (val. Figur 1) reflektierten Streulichts kompensiert werden Hierzu wird in einem Dividierer D das Signal I1 durch das Signal I2 dividiert und das Ausgangssignal I1/I2 des Dividierers D zur Kalibrierung und Linearisierung der Elektronikeinheit E zugeführt. Das intensitätsunabhängige Ausgangssignal der Elektronikeinheit E entspricht dann der Ortskoordinate x des über die Oberfläche des Objektes O (via, Figur 1) geführten Lichtpunktes.In contrast to FIG. 1, there is here between the lens L and the course sfilter V 'a partially transparent mirror 5 is inserted into the beam path. This partially transparent mirror 5 list inclined to the optical axis, for example at an angle of 4TO. The scattered light reflected on the partially transparent mirror S. arrives at a second photodetector P2 and generates in one after preamplification Ve2 amplifier an electrical proportional to the intensity of the reflected scattered light Signal I2. With the help of this signal I2, intensity fluctuations of the Scattered light reflected on the object O (val. Figure 1) is compensated for in a divider D divides the signal I1 by the signal I2 and the output signal I1 / I2 of the divider D for calibration and linearization of the electronic unit E supplied. The intensity-independent output signal of the electronic unit E corresponds then the location coordinate x of the over the surface of the object O (via, Figure 1) guided light point.

Als Photodetektor P2 kann bei der Ausführungsform nach Figur 2 beispielsweise eine Siliziumphotodiode verwendet werden, wobei jedoch auch hier wieder die Verwendung eines Photovervielfachers wegen dessen wesentlich höherer Empfindlichkeit zu bevorzugen ist. Als Verlaufsfilter V' kann beispielsweise wieder der in Figur 3 dargestellte Graukeil verwendet werden. Dieser Graukeil besteht aus einem keilförmig geschliffenen Grauglas K1, welches durch einen gleichen Keil K2 farblosen Glases zu einer Planplatte ergänzt ist. Dabei ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Abschwächung des durch den Graukeil hindurchgehenden Lichtes mit der Dicke des keilförmigen Grauglases K1 und damit ortsabhängig veränderlich ist.As a photodetector P2 in the embodiment according to FIG. 2, for example a silicon photodiode can be used, but here again the use a photomultiplier because of its much higher sensitivity is. The gradient filter V 'shown in FIG. 3, for example, can again be used Gray wedge can be used. This gray wedge consists of a sanded wedge shape Gray glass K1, which through an identical wedge K2 of colorless glass to a plane plate is supplemented. It can be seen without further ado that the weakening of the light passing through the gray wedge with the thickness of the wedge-shaped gray glass K1 and is therefore variable as a function of location.

Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Verl aufsfilters. Hier ist auf einen Glasträger G aus farblosem Glas eine Schicht Sch mit zunehmender Dicke aufgebracht, wobei diese Schicht Sch aus einem absorbierenden Material besteht. Wirkt nun dieses absorbierende Material der Schicht Sch auch teilweise reflektierend, so kann das Verlaufsfilter gleichzeitig auch als teildurchlässiger Spiegel verwendet werden. Diese Erfordernisse werden beispielsweise durch eine äußerst dünne, aber dennoch keilförmig auf den Glasträger G aufgebrachte Schicht Sch aus Chrom erfüllt.Figure 4 shows a second embodiment of a loss filter. Here, on a glass carrier G made of colorless glass, there is a layer Sch with increasing Applied thickness, this layer Sch consists of an absorbent material. If this absorbing material of the layer Sch also has a partially reflective effect, so the graduated filter can also be used as a partially transparent mirror will. These requirements are met by, for example, an extremely thin, but however, the layer Sch made of chromium applied in a wedge shape to the glass carrier G is fulfilled.

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung zur Erfassung einer Ortskoordinate eines Lichtpunktes. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 2 wird hier ein geneigt zur optischen Achse angeordnetes Verlaufsfilter Vl' verwendet, welches entsprechend Figur 4 aufgebaut ist und damit gleichzeitig als teildurchlässiger Spiegel St wirkt. Damit das Transmissions-/ Reflexionsverhältnis dieses teildurchlässigen Spiegel S' nSht von der Polarisiation des Lichtes beeinflußt werden kann, ist außerdem vor dem teildurchlässigen Spiegel S' bzw. Verlaufsfilter V" ein Polarisationsfilter Pf in den Strahlengang eingefügt. Ein weiterer Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 2 besteht darin, daß mit Hilfe eines Summierers Su die Summe der Signale 11 und I2 gebildet wird und das Ausgangssignal dieses Summierers einer Regeleinrichtung R zugeführt wird. Da die Summe der Signale I1 + I2 in erster Näherung proportional zur Intensität des Lichtflusses durch die Linse L ist, kann dann das Ausgangs signal As der Regeleinrichtung zur Regelung der Leistung der Lichtquelle Lq dem in Figur 1 dargestellten Modulator M zugeführt werden. Diese Regelung der Lichtleistung wird dazu benutzt, um eine überlastung der bevorzugi eingesetzten Photovervielfacher zu vermeiden und um innerhalb des Dynamikbereichs des Dividierers D zu bleiben.FIG. 5 shows a second embodiment of a device for detection a location coordinate of a point of light. In contrast to the embodiment according to In FIG. 2, a graduated filter Vl 'arranged at an incline to the optical axis is shown here. used, which is constructed according to Figure 4 and thus at the same time as partially transparent mirror St acts. So the transmission / reflection ratio this partially transparent mirror S 'nSht is influenced by the polarization of the light is also in front of the partially transparent mirror S 'or graduated filter V "a polarization filter Pf inserted into the beam path. Another difference to the embodiment of Figure 2 is that with the help of a summer Su the sum of the signals I1 and I2 is formed and the output signal of this summer a control device R is fed. Since the sum of the signals I1 + I2 in the first Approximation proportional to the intensity of the light flux through the lens L can then the output signal As of the control device for controlling the power of the light source Lq are fed to the modulator M shown in FIG. This scheme of Light output is used to avoid overloading the preferred Photomultiplier and to stay within the dynamic range of the divider D.

Falls die Bewegung eines Objektes verfolgt werden soll und die Lichtquelle dementsprechend auf dem bewegten Objekt befestigt ist und selbst als zu erfassender Lichtpunkt bzw. Lichtfleck dient, so kann über die Regeleinrichtung R unmittelbar die Stromversorgung der Lichtquelle und somit deren Leistung beeinflußt werden.If the movement of an object is to be tracked and the light source is accordingly attached to the moving object and itself as to be detected Light point or light spot is used, so can via the control device R directly the power supply of the light source and thus its performance can be influenced.

Mit den vorstehend geschilderten Einrichtungen wird eine äußerst schnelle Erfassung einer Ortskoordinate ermöglicht. Damit wird dann er auch die rasche Erfassung und Erkennung der gesamten Oberfläche dreidimensionaler Objekte ermöglicht. Hierzu brauchen unter Beibehaltung einer einzigen Senderseite zur Abtastung des Objektes lediglich zwei oder drei der in Figur 2 oder 5 dargestellten Einrichtungen eingesetzt zu werden. Aus der DE-OS 31 47 129, insbesondere Figur 4, geht außerdem eine Anordnung hervor, welche mit Hilfe eines einzigen eindimensionalen ortsempfindlichen Detektors die Erfassung und Erkennung der gesamten Oberfläche dreidimensionaler Objekte ermöglicht.With the facilities described above, an extremely fast Enables acquisition of a location coordinate. This then also makes it quicker to capture and recognition of the entire surface of three-dimensional objects. For this need while maintaining a single transmitter side to scan the object only two or three of the devices shown in Figure 2 or 5 are used to become. From DE-OS 31 47 129, in particular Figure 4, there is also an arrangement out which with the help of a single one-dimensional location-sensitive detector enables the detection and recognition of the entire surface of three-dimensional objects.

12 Patentansprüche 5 Figuren - Leerseite -12 claims 5 figures - blank page -

Claims

Claims 1. Device for detecting a location coordinate (x) a point of light (1, 2), with at least one lens (L) for imaging the Light point (1, 2) on a position-sensitive detector, g e k e n n z e i c h «N e t by the following features: a) the position-sensitive detector consists of a Graduated filter (V; V '; W ") and a downstream photodetector (p1), b) the graduated filter (V; V '; VZ') is arranged at least approximately in the image plane of the lens (L), c) the transmittance of the graduated filter (V; Y '; V' t) is in direction (x ') the location coordinate (x) to be recorded can be changed.

2. Device according to claim 1, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t R that in the beam path between the lens (L) and the photodetector (P1) Partially transparent mirror (Ss S ') is arranged and that the intensity of the partially transparent mirror (S; 5 ') reflected light by a second photodetector (P2) is detectable.

3 Device according to Claim 2, characterized in that there are no signs t that the ratio of the intensity of the passing through the graduated filter (V'g YZ ') Light to the intensity of the reflected at the partially transparent mirror (S; S ') Light can be determined by a divider (D).

4 Device according to claim 1, 2 or 3, characterized g e -k e n n z e i c h n e t 9 that the graduated filter (V; V ') is designed as a gray wedge.

5. Device according to claim 2 or 3, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the graduated filter (V ') at the same time the partially transparent mirror (set) forms

6. Device according to claim 5, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the graduated filter (V ") consists of a glass carrier (G) and one with increasing Thick layer (Sch) applied thereon consists of a material which is partially is reflective and has an absorption capacity that increases with thickness.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g E k e n n n n n e i n e t that the gradient filter (V; V; V ") is arranged downstream Photodetector (P1) is designed as a photomultiplier.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized g e k e n It is indicated that the second mirror assigned to the partially transparent mirror (S; S ') Photodetector (P2) is designed as a photomultiplier.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized g e k e n Note that the partially transparent mirror (S; S ") has a polarization filter (Pf) is connected upstream.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g It is noted that the signal formed by the photodetector (P1) (I1) an electronics unit (¢) for calibrating and linearizing this signal (I5) can be supplied.

11 Device according to claim 3 and 10, characterized in that it is -k e n n z e i c h ne t that the electronic unit (E) is connected downstream of the divider (D).

12. Device according to one of claims 2 to 11, dadurrh g e k e n n z e i c h n e t that those of the photodetector (P1) and the second photodetector (E'2) formed signals (I1, I2) can be fed to an adder (Su) and that the Output of the adder (Su) with a control device (R) for regulating the power a light source (Lq) generating the light point (1, 2) is connected.