DE2508366C3 - Optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang mit einem von der einen Stirnseite her durch ein Lichtbündel beaufschlagten transparenten Stab zur Aussendung des den Vorhang bildenden Lichtbündels, welcher sich entlang des Vorhangbereiches erstreckt und eine Spiegelanordnung von gleichen, zur Stabachse geneigten, hintereinanderliegenden Einzelspiegeln trägt, und mit einem Lichtempfänger.

Bei einer bekannten optischen Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtvorhanges (US-PS 37 58 197) sind die Einzelspiegel unter 45° zur Stabachse und stufenartig gegeneinander versetzt angeordnet, so daß ein axial einfallendes, den gesamten Stabquerschnitt einnehmendes Lichtbündel jeden der Einzelspiegel erfaßt und unter 90° zur Stabachse umgelenkt wird. Ein gleich ausgebildeter Empfangsstab kann das so in den Vorhangbereich gelenkte Licht empfangen und zu einem Lichtempfänger an seiner Stirnseite lenken. Der Nachteil der bekannten optischen Vorrichtung besteht darin, daß zur Erzielung einer gewissen Vorhangbreite sehr viele Einzelspiegel versetzt zueinander angeordnet werden müssen, so daß kein, zumindest in einem größeren Teilbereich ebener Vorhang, sondern ein Lichtvorgang mit nach jedem Einzelspiegel stufenartig versetzten ebenen Bereich vorliegt Da sämtliche Einzelspiegel gleichzeitig von einem Lichtbündel beaufschlagt werden, machen sich Unterbrechungen im Vorhangbereich nur durch eine relativ schwache Änderung des Ausgangssignals am Lichtempfänger bemerkbar. Die Feststellung des Ortes eines in den Lichtvorhang eingebrachten Gegenstandes ist mit dem

t ο bekannten Lichtvorhang überhaupt nicht möglich.

Bei einer Lichtschranke zur Überwachung einer Fläche ist es bereits bekanntgeworden (DE-OS 19 41 905), zur Erzeugung einer Art Fahrstrahl nebeneinanderliegende Lichtbündel zyklisch nacheinander einzuschalten und auf die Mantelfläche eines Lichtleitstabes zu lenken, welcher entlang des Lichtempfangs-Mantelbereiches sägezahnartig ausgebildet ist um eine Ausbreitungskomponente in Längsrichtung des Stabes zu erhalten. Der Lichtvorhang wird dabei durch zyklisch geschaltete Lichtquellen erzeugt während der Lichtleitstab nur dem Empfang dient

Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung mit einem Lichtvorhang der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der zumindest ein sich über eine größere Anzahl von Einzelspiegeln erstreckender geradliniger Meßbereich innerhalb des Vorhanges vorliegt und auch eine eindeutige Ortsbestimmung innerhalb des Vorhanges möglich ist, wobei weiterhin eine Unterbrechung des Vorhanges an einer

JO bestimmten Stelle ein ausgeprägtes Meßsignal hervorrufen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines in die eine Stirnseite des Stabes schräg zur Stabachse eintretenden, eine Abtastbewegung ausführenden Fahrstrahles vorgesehen ist und die Spiegelanordnung aus mindestens einer Gruppe von auf einer achsparallelen Geraden liegenden Einzelspiegeln besteht, die sich auf der vom Vorhangbereich abgewandten Mantelfläche des Stabes befinden.

Erfindungsgemäß wird also innerhalb jeder Gruppe von Einzelspiegeln ein exakt ebener Lichtvorhang erzielt, welcher bei Unterbrechung durch einen eingebrachten Gegenstand auch zu einem ausgeprägten Signal am Lichtempfänger führt, weil die Einzelspiegel von einem Fahrstrahl abgetastet werden. Diese Ausbildung ermöglicht es auch, durch Messung der Phase des Fahrstrahls Ortsbestimmungen im Lichtvorhang vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die zur Erzeugung des Fahrstrahls erforderli chen optischen Elemente in Abtastrichtung gesehen neben dem Lichtvorhang befinden, wodurch die Anordnung dieser Elemente platzmäßig keine Schwierigkeiten bietet. Auch ist der sonst für die Verwirkli- chung von Lichtvorhängen erforderliche Hohlspiegel (DE-PS 9 60 785) nicht erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet Bei der Ausführungsform nach den Ansprüchen 16 und 17 wird der transparente Stab vorteilhafterweise auch als Lichtleitstab ausgenutzt, weil die zu den von der Lichteintrittsseite weiter entfernten Spiegelgruppen von Lichtstrahlen beaufschlagt werden, die nach zumindest einmaliger Totalreflexion an der Stabwan-

h") dui.g zu ihnen gelangt sind.

Eine besonders hohe Lichtausbeute bieten die Ausführungsformen nach den Ansprüchen 23 bis 25, weil das gesamte aus dem Lichtvorhang kommende und

auf die Spiegelanordnung fallende Licht unter dem gleichen Winkel zur Stabachse in das Stabinnere reflektiert wird. Das gesamte Einfallslicht gelangt somit unter Totalreflexionswinkeln auf die Stabwandungen und erreicht den Lichtempfänger. Lediglich das nach einmaliger Totalreflexion wieder auf die Spiegelanordnung zurückgelangende Licht geht für die Lichtleitung verloren. Um diesen Lichtanteil möglichst gering zu halten, sind die Maßnahmen nach den Ansprüchen 24, 27 und 28 vorgesehen, welche dafür sorgen, daß das Einpfangslicht — gesehen in einem Querschnitt des Lichtleitstabes — möglichst nicht senkrecht auf die Spiegelanordnung auftrifft, sondern mit einem möglichst großen Konvergenz- oder Divergenzwinkel.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der optischen Vorrichtung mit Lichtvorhang,

F i g. 2 eine Draufsicht des Gegenstandes der F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Teiiansicht des in F i g. 1 dargestellten Gegenstandes zur Veranschaulichung des Lichtstrahlenverlaufes im transparenten Stab,

F i g. 4 eine zu F i g. 3 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform,

Fig.5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 6 eine Draufsicht des Gegenstandes der F i g. 5, F i g. 7 eine Ansicht nach Linie VII-VII in F i g. 5,

F i g. 8 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 8a eine vergrößerte Teilansicht von F i g. 8,

Fig.9 eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht,

Fig. 10 eine vergrößerte Seitenansicht eines bei der Vorrichtung verwendeten transparenten Stabes mit den daran angrenzenden Bauelementen zur Veranschaulichung der Bildung eines Bezugssignals,

F i g. 11 eine schematische Draufsicht auf einen Lichtvorhang zur Veranschaulichung einer Ausbildung des Empfangslichtleitstabes,

Fig. 12 eine Ansicht der Ausführungsform nach F i g. 11 in Richtung der Stabachsen, wobei jedoch noch zusätzlich eine Sammellinse vorgesehen ist,

Fig. 13 eine Stirnansicht analog Fig. 12, jedoch mit einer weiteren optischen Variante,

Fig. 14 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der optischen Vorrichtung mit Lichtvorhang und Anordnung von zwei Lichtleitstäben auf der Sendeseite,

Fig. 15 eine Ansicht der Vorrichtung nach F i g. 14 in Richtung der Stabachsen und

Fig. 16 eine schema tische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Einzelspiegelanordnung für die Vorrichtung nach den vorangehenden Figuren.

Nach F i g. 1 schickt eine durch einen Laser gebildete Lichtquelle 11 einen schmalen gebündelten Lichtstrahl 32 auf ein sich in Pfeilrichtung drehendes Spiegelrad 25, dessen vom Lichtstrahl getroffene Oberfläche sich im Brennpunkt eines Objektivs 37 befindet Der Durchmesser des Objektivs ist so groß, daß sämtliche vom eo Spiegelrad 25 abgelenkten Lichtstrahlen ins Objektiv eintreten und parallel zueinander wieder austreten können. Von den so gebildeten Fahrstrahlen sind hinter dem Objektiv beispielsweise drei Strahlen a, c, f wiedergegeben, welche in ein in der dargestellten Weise angeordnetes gleichschenkliges Prisma 20 eintreten, von dem sie als Fahrstrahlen 14 in das Innere eines transparenten Lichtleitstabes 12 weitergeleitet werden, dessen Einzelheiten besonders gut in F i g. 3 zi erkennen sind. Der Lichtleitstab 12 hat rechteckiger Querschnitt und weist an seiner vom Vorhangbereich If abgewandten Oberfläche eine Spiegelanordnung 17 auf die Einzelspiegel 18 umfaßt. Nach Fig. 2 sind in Längsrichtung hintereinander seitlich versetzt mehrere schmale Einzelspiegelgruppen 17a, 17f>und 17czu einet Spiegelanordnung zusammengefaßt, wobei die Einzelspiegel entweder unmittelbar in die Oberfläche des Lichtleitstabes 12 eingearbeitet sind oder nach Fig.3 sich an einer besonderen Leiste 19 befinden, die optisch dicht auf den Lichtleistab 12 aufgebracht ist.

Die einzelnen Spiegelflächen des Spiegelrades 25 sind relativ zur Drehachse 38 unterschiedlich gekippt, unc zwar derart, daß die einzelnen Spiegelflächen gemäO r 1 g. 2 nacheinander die nebeneinanderüegenden Lichtstrahlen a', b', c', d'. e' bilden. Die Zahl der erzeugten seitlich versetzten Lichtstrahlen hängt von der Zahl der Spiegelflächen des Spiegelrades 25 ab.

Aus den F i g. 1 und 2 ergibt sich also, daß der Lichtstrahl 32 nicht nur die Stirnseite 13 des Lichtleitstabes 12 periodisch in Höhenrichtung abtastet sondern von Abtastung zu Abtastung auch noch seitlich gemäß F i g. 2 versetzt wird.

Durch die Höhenabtastung gelangen die Fahrstrahlen 21 gemäß F i g. 3 in der Reihenfolge a, b, c, d, e, /in das Prisma 20, dessen Kante 23 von der Stirnseite 13 abgewandt ist und dessen Basis der betreffenden Stirnseite 13 gegenüberliegt. Durch die aus Fig. 3 ersichtlichen Brechungsverhältnisse tritt der Fahrstrahl a nach Reflexion an einem Einzeispiegel 18 an der dargestellten Stelle aus dem Lichtleitstab 12 aus und führt eine Abtastbewegung in Richtung des Pfeiles J nach links durch. Er geht schließlich in den Strahl b bzw. cüber. Nach Erreichen der Stelle des Austrittslichtstrahles c erfolgt Übergang des Fahrstrahles 21 in die untere Hälfte des Prismas 22 und damit ein Sprung zum Austrittslichtstrahl d, welcher dann die Abtastung in Fig.3 nach rechts fortsetzt Die ab der Stelle c austretenden Fahrstrahlen sind gemäß F i g. 3 einmal an der Stabwand totalreflektiert worden.

Fig.4 zeigt statt des gleichschenkligen Prismas 20' nach F i g. 3 ein rechtwinkliges Prisma 20' welches in der aus Fig.4 ersichtlichen Weise anzuordnen ist. Hierdurch wird erreicht, daß eine stetige Abtastung des Vorhangbereiches 16 in einer Richtung von a über b nach c erfolgt. Aufgrund der dargestellten Totalreflexionen an der einen Wand des Prismas 20' und den Mantelflächen des Stabes erfolgen weitere Abtastungen von a"über Z>"nach c"usw.

Die Entkopplung der gleichzeitig erfolgenden Abtastungen von a nach /in Fig.3 bzw. von a nach c in F i g. 4 geschieht durch die oben beschriebene seitliche Versetzung des Abtastlichtstrahls gemäß F i g. 2. Danach ist der Fahrstrahl 21 wesentlich schmaler als der Lichtleitstab 12 ausgebildet, so daß er nach F i g. 2 ζ. Β fünfmal seitlich versetzt werden kann, bevor er das Ende des Stabes erreicht Mit den einzelnen Teilstrahlen a'bis e'sind nun die einzelnen schmalen Spiegelgruppen 17a, 17i» und 17c ausgerichtet, wobei jede Gruppe einem der Abtastbereiche a bis c bzw. a" bis c" nach Fig.4 zugeordnet ist Jede Spiegelgruppe empfängt also entweder den direkt einfallenden Fahrstrahl 14 oder den ein-, zwei-, dreimal usw. totalreflektierten Fahrstrahl.

Da durch einen am Spiegelrad 25 drehfest angeordneten Winkelkodierer die Stellung des Spiegelrades jederzeit elektronisch genau festgestellt werden kann, ermöglicht die Anordnung nach den F i g. 1 und 2 eine

exakte Zuordnung des Ausgangssignals des Lichtvorhanges zu dem in einem bestimmten Zeitpunkt in den Vorhangbereich 16 aufgesandten Fahrstrahl.

Die Empfangsanordnung ist nach Fig. 1 durch einen Empfangslichtleitstab 29 gebildet, der sich parallel zum Sendelichtleitstab 12 am anderen Ende des Vorhangbereiches 16 erstreckt und an dessen einer Stirnseite ein als Photovcrvielfacher ausgebildeter Photoempfänger 30 vorgesehen ist, der ein dem auf den Lichtleiistab 29 auftretenden Licht proportionales elektrisches Signal für die Auswerteeiektronik erzeugt.

Durch die an den Stirnseiten 13 des Lichtleitstabes 12 angeordneten Prismen 20, 20' wird den parallel zur Stabachse 15 eintreffenden Fahrstrahlen 21 eine solche Neigung zur .Stabachse 15 erteilt, daß die Einzelspiege! !8 der Spiegelanordnung 17 zufriedenstellend ausgeleuchtet werden und das Licht zum Vorhangbereich reflektiert wird. Nach den F i g. 1 bis 4 sind die Einzelspiegel 18 derart zur Stabachse 15 geneigt, daß die Ausgangslichtstrahlen a bis f senkrecht zur Stabachse austreten.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 liegt die eine Hypothenusenfläche 24 des rechtwinkligen Prismas 20' der Stirnfläche 13 parallel gegenüber.

In allen Ausführungsformen sind die Lichtleitstäbe rechts abgebrochen dargestellt.

Die Ausführungsform nach den F i g. 5 bis 7 unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Ausführung dadurch, daß anstelle des Spiegelrades 25 ein hin- und hergehender Schwingspiegel 26 vorgesehen ist, der im Brennpunkt des Objektivs 37 liegt und den aus F i g. 5 ersichtlichen Schwenkbereich hat.

Die bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 durch eine spezielle Ausbildung des Spiegelrades 25 hervorgerufene seitliche Versetzung des Abtastlicht-Strahls 21 wird bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 durch ein in F i g. 7 in Draufsicht wiedergegebenes Zylinderlinsenraster 31 erzielt. Die Zylinderlinsen des Rasters 31 erstrecken sich bei der Darstellung nach F i g. 5 parallel und bei der Darstellung nach F i g. 6 senkrecht zur Zeichenebene. Der Verlauf der Zylinderlinsen ist in F i g. 7 schematisch gezeigt.

Da die durch das Zylinderlinsenraster 31 gebildeten Teil-Fahrstrahlen a', b', c', d'und e'gleichzeitig und nicht wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 nacheinander erscheinen, ist zur Entkopplung der einzelnen Teilstrahlen bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 eine in F i g. 6 schematisch dargetellte Blendenanordnung 33 vorgesehen, welche in Richtung des Doppelpfeiles über die gesamte Strahlbreite periodisch hin- und herverschiebbar ist, so daß zu einem Zeitpunkt immer nur einer der Fahrstrahlen a'bis e'in das Prisma 20 einfallen kann. Um ein Bezugssignal für die Bewegung der hin- und hergehenden Blendenanordnung 33 zu schaffen, ist in der Blende eine weitere öffnung 34 angebracht, welche mit einer Lichtschranke 35 zusammenarbeitet

Die Breite der Spiegelgruppen 17a, b, c,... ist wieder gleich der Breite der einzelnen Fahrstrahlen a' bis c'. Ansonsten ist die Anordnung analog zu der nach F i g. 2.

Soll bei Feststellung eines Hindernisses durch die an den Lichtempfänger 30 angeschlossene Auswerteelektronik auch noch ermittelt werden, an welcher Stelle sich ein erfaßtes Hindernis befindet, so muß in die Auswerteelektronik die Stellung des Schwingspiegels 26 und die Ordnung des gerade von der Blendenanordnung es 32 durchgelassenen Fahrstrahles eingegeben werden.

Nach den Fig.8 und 8a ist das Linsenraster 31 gegenüber der Anordnung des Linsenrasters bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 bis 7 um 90° um die optische Achse verdreht angeordnet. Das Objektiv 37 macht die über einen Schwingspiegel 26' reflektierten Teilstrahlen des Linsenrasters 31 wieder parallel, so daß sie in der dargestellten Weise als Fahrstrahlen /bis η in das an der Stirnseite 13 des Lichtleitstabes 12 angeordnete Teilprisma 20 parallel einfallen. Die Anordnung des Linsenrasters 31 ist nun so getroffen, daß jeder der Teilstrahlen / bis η exakt auf einen Einzelspiegel 18 der Spiegelanordnung 17 fällt. Durch seitliche Versetzung und Hiniereinanderanordnung mehrerer Spiegelgruppen 17a, Zj, c... gemäß den F i g. 2 und 6 können auch noch totalreflektierte Anteile der eintretenden Fahrstrahlen auf weitere Spiegelgruppen innerhalb des Lichtlcitstabcs 12 gelenkt werden.

Weiter ist auf der Austrittsseite des Lichtleitstabes 12 eine Noniusblende 36 angebracht, welche gegenüber jedem dei Einzelspiegel 18 eine Durchlaßöffnung aufweist. Die Durchlaßöffnungen sind jedoch nach der Art eines Nonius in der dargestellten Weise gegeneinander versetzt. Wird nun der Drehspiegel 26' derart in Richtung des Doppelpfeiles in Schwingung versetzt, daß die einzelnen Lichtpunkte auf den Schrägspiegeln 18 gemäß Fig.8a eine Schwingbewegung y innerhalb jedes einzelnen zugeordneten Schrägspiegels ausführen, so tritt zu einer Zeit nur aus jeweils einer der öffnungen der Noniusblende nach F i g. 8 ein Lichtstrahl aus. Durch elektronische Ermittlung der momentanen Stellung des Schwingspiegels 26' läßt sich so wieder eine eindeutige Zuordnung zwischen dem mit dem Empfänger 30 gemessenen Ausgangssignal des Lichtvorhanges und dem momentanen Ort des Austrittslichtstrahles ermitteln. Der Abtaststrahl schreitet allerdings entsprechend dem Abstand der öffnungen der Nonisblende 36 sprunghaft weiter.

Bei der Ausführungsform nach Fig.9 sind die Anordnung des Linsenrasters 31, des Schwingspiegels 26', des Objektivs 37, des Prismas 20 und des Lichtleitstabes 12 analog zu der Ausführungsform nach Fig.8. Der einfacheren Darstellung halber sind in Fig.9 nur drei vom Linsenraster 31 und dem Schwingspiegel 26' erzeugte Fahrstrahlen ο, ρ und q wiedergegeben. Der Schwingspiegel 26' bedingt wieder ein periodisches Hin- und Herschwingen der auf den Einzelspiegeln 18 erzeugten Lichtpunkte innerhalb des ihnen zugeordneten Einzelspiegels. Diese in Fig.8a durch den Buchstaben y angedeutete Schwingbewegung ist in F i g. 9 durch Darstellung der einzelnen Strahlen mittels dreier Striche veranschaulicht Wird nun noch durch eine in Richtung des Doppelpfeiles periodisch hin- und herverschiebbare Blendenanordnung 33 dafür gesorgt, daß zu einem Zeitpunkt nur einer der Teilstrahlen o, p, q in das Prisma 20 eintritt, so kann auf elektronischem Wege eine exakte Zuordnung zwischen dem gerade in den Vorhangbereich 16 eintretenden Lichtstrahl und dem vom Lichtempfänger 30 abgegebenen elektrischen Signal hergestellt werden. Dieses Signal ist nun aber im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsformen noch durch die Hin- und Herbewegung des Schwingspiegels 26' moduliert, so daß beispielsweise ein sehr feiner Gegenstand noch innerhalb eines einzigen Austrittfahrstrahles f, g, h, i, k,... örtlich genau fixiert werden kann. Die Ausführungsform nach Fig.9 ermöglicht also eine äußerst feine räumliche Bestimmung von Gegenständen mit einer Ausdehnung, die kleiner als die Längsausdehnung der Einzelspiegel 18 ist

In Fig.9 sind wie gesagt nur beispielsweise drei

Fahrstrahlen ο, ρ, q dargestellt. Bei der praktischen Verwirklichung ist die Anordnung derart, daß so viel Fahrstrahlen in den Lichtleitstab eintreten, daß aufeinanderfolgende Einzelspiegel jeweils einen Fahrstrahl empfangen, welcher dann innerhalb des Einzelspiegels durch den Schwingspiegel 26' zu einer Hin- und Herbewegung veranlaßt wird.

In F i g. 10 ist noch gezeigt, wie auf einfache Weise ein Bezugssignal für die Lichtstärke des Einfallsfahrstrahls gewonnen werden kann. Da an den Kanten 39 der Einzelspiegel 18 der Anordnung 17 Licht in der dargestellten Weise gestreut wird, gelangt ein bestimmter Anteil des Eingangslichtes stets auch zu der der Fläche 13 gegenüberliegenden Stirnseite 27, wo ein als Photovervielfacher ausgebildeter photoelektrischer Empfänger 28 angeordnet werden kann, der das Bezugssignal für die Helligkeit des Eintrittslichtstrahles an die Auswerteelektronik liefert.

Bei allen Ausführungsformen bildet ein Laser die Lichtquelle 11.

F i g. 11 zeigt eine Sendelichtleitstabanordnung, welche irgendeinem der vorangehenden Ausführungsbeispiele entsprechen kann. Die den Vorhangbereich 16 durchlaufenden Fahrstrahlen 40 treten am Ende des Vorhangbereiches 16 in einen besonders ausgebildeten Lichtleitstab 29 ein. Nach den Fig. 11 und 12 hat der Empfangslichtleitstab 29 runden Querschnitt und weist auf seiner der Lichteintrittsseite gegenüberliegenden Mantelflacre eine schmale Spiegelanordnung 17 auf, die auf einer optisch dicht aufgebrachten Leiste 19 ausgebildet ist. Auch ohne die in Fig. 12 gezeigte Zylindersammellinse 42 wird durch die brechende Wirkung des runden Stabes 29 das parallel auftreffende Licht 40 im Bereich der Spiegelanordnung 17 konzentriert. Da die Winkel der Schrägspiegel 18 relativ zur Stabachse 15 so groß gewählt sind, daß die reflektierten Strahlen unter einem Winkel λ zur Stabachse auf die gegenüberliegende Mantelfläche auftreffen und sie so an den glatten Mantelflächen des Stabes 29 totalreflektiert werden, gelangt das auf den Lichtleitstab 29 auftreffende Licht bis auf die nicht zu vermeidenden Absorptionsverluste vollständig zum Lichtempfänger 30.

Letzterer ist auf der der Stirnseite 41 entgegengesetzten Endfläche des Empfangslichtleitstabes 29 angeordnet, wobei die Stirnseite 41 auf gleicher Höhe wie die Lichteintrittsstirnseite 13 des Sendelichtleitstabes 12 liegt Hierdurch wird gewährleistet, daß sämtliche in den Sendelichtleistab 12 eintretenden und aus dem Empfangslichtleitstab 29 austretenden Lichtstrahlen im wesentlichen gleiche Wege innerhalb der beiden Lichtleitstäbe zurücklegen, so daß die Gesamtlichtabsorption für jeden einzelnen Teilstrahl in etwa gleich groß ist

Nach Fig. 12 ist in der Nähe und parallel zu dem Sendelichtleitstab 12 eine Zylindersammellinse 42 angeordnet, welche eintretendes Licht in einer Brennlinie 43 auf der Oberfläche des Lichtleitstabes 29 konzentriert Hierdurch wird gewährleistet, daß sämtliche durch seitliche Versetzung erzielten Fahrstrahlen a', b', c', d', e' (F i g. 2 und 6) vollständig auf den Empfangslichtleitstab 29 konzentriert werden.

Nach Fi g. 13 kann im Anschluß an die Zylinderlinse 42 auch noch ein Streuelement 44 angeordnet werden, das die durch den Strahlengang in Fig. 13 veranschaulichte optische Wirkung hat. daß statt einer Brennlinie 43 gemäß Fig. 12 eine Nebeneinanderanordnung 46 von mehreren Brennlinien 45 erzielt wird, wobei die Anordnung 46 den Lichtleitstab 29 beidseitig überragt. Als Streuelement eignet sich besonders ein Zylinderlinsenraster, dessen Einzellinsen sich parallel zur Zylinderlinse 42 erstrecken.

Die Ausführungsform nach Fig. 13 hat den Vorteil, daß seitliche Verschiebungen des Empfangslichtleitstabes 29 relativ zum Sendeiichtleitstab 12 sich nicht störend auf eine Messung auswirken. Es kommt also auf die seitliche Überstrahlung des Lichtleitstabes 29 an.

In den Fig. 14 und 15 ist schließlich eine Ausführungsform dargestellt, bei der zwei Empfangslichtleitstäbe 29 auf der Sendeseite parallel zum Sendelichtleitstab 12 angeordnet sind.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Vorhangbereiches 16 befindet sich ein länglicher Tripelreflektor 47, der sich parallel und in gleicher Länge wie Sende- und Empfangslichtleitstäbe 12. 29 erstreckt. WiH das aus dem Sendelichtleitstab 12 austretende Licht mit der Zylinderlinse 42 in der ir Fig. 15 dargestellten Weise konzentriert, so genüet ein relativ schmal ausgebildeter Tripelspiegel.

Wesentlich an dem Reflektor 47 ist, daß dieser nicht streng retroreflektierende Eigenschaften aufweist, sondern einen Streubereich 48 hat, aufgrund dessen das reflektierte Licht teilweise auch an dem Sendelichtleitstab vorbei in die Empfangslichtleitstäbe 29 eintreten kann.

Fig. 16 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Spiegelanordnung 17, wie sie auf der Sendeseite verwendet wird. Da die Spiegelanordnung Totzonen t besitzt, könnte es bei bestimmten Anwendungen als nachteilig angesehen werden, daß der Vorhangbereich 16 entsprechende Unterbrechungen aufweist. Dies kann dadurch vermieden werden, daß die Spiegelanordnungen 17 auf der Sendeseite in der in Fig. 16 veranschaulichten Form in Längsrichtung aufgeschnitten und die beiden dadurch entstehenden Teil-Spiegelanordnungen 17', 17" in Längsrichtung des Sendelichtleitstabes 12 gegeneinander versetzt werden, und zwar derart, daß die Totzonen der beiden so Anordnungen 17', 17" einen deutlichen Abstand in Längsrichtung voneinander aufweisen. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß von sämtlichen Bereichen entlang des Sendelichtleitstabes 12 Licht reflektiert werden kann und somit keinerlei Unterbrechungen im Vorhangbereich 16 hingenommen werden müssen. Die Totzonen können aber auch durch eine sehr feine Unterteilung der Spiegelanordnung 17 beliebig klein gemacht werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (29)

Patentansprüche:

1. Optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang mit einem von der einen Stirnseite her durch ein Lichtbündel beaufschlagten transparenten Stab zur Aussendung des den Vorhang bildenden Lichtbündeis, welcher sich entlang des Vorhangbereiches erstreckt und eine Spiegelanordnung von gleichen, zur Stabachse geneigten, hintereinanderliegenden Einzelspiegeln trägt, und mit einem Lichtempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines in die eine Stirnseite (13) des Stabes (12) schräg zur Stabachse (15) eintretenden, eine Abtastbewegung ausführenden Fahrstrahles vorgesehen ist und die Spiegelanordnung (17) aus >⁵ mindestens einer Gruppe von auf einer achsparallelen Geraden liegenden Einzelspiegeln (18) besteht, die sich auf der vom Vorhangbereich dbgewandten Mantelfläche des Stabes (12) befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitstab (12) rechteckförmig, insbesondere quadratisch ist und die Spiegelanordnung (17) sich auf einer der vier Längsseiten befindet

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung (17) aus sägezahnartigen Ausnehmungen in der Staboberfläche besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung (17) an einer auf den Stab (12) aufgesetzten besonderen Leiste (19) ausgebildet ist

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite (13) des Stabes (12) ein Prisma (20) angeordnet ist, welches parallel zur Stabachse (15) ankommenden Lichtstrahlen (21) die erforderliche Ablenkung zu der Spiegelanordnung (17) hin erteilt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma gleichschenklig ist, seine Basis (22) sich gegenüber der Stirnseite (13) des Lichtleitstabes (12) befindet und seine von der Basis (22) und der Stirnseite (13) abgewandte Kante (23) auf der Stabachse (15) liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (20') rechtwinklig ist und sich seine eine Hypothenusenfläche (24) gegenüber der Stirnseite (13) befindet

8. Vorrichtung nach Anspruch 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma unmittelbar auf die Stirnseite des Lichtleitstabes (12) aufgesetzt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelspiegel (18) unter einem solchen Winkel zur Stabachse (15) angeordnet sind, daß das Licht senkrecht zur Stabachse (15) aus dem Lichtleitstab

(12) austritt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines in die eine Stirnseite

(13) des Stabes (12) schräg zur Stabachse (15) eintretenden, eine Abtastbewegung ausführenden Fahrstrahles ein Spiegelrad (25) oder einen Drehoder Schwingspiegel (26) zur Erzeugung des periodisch über die Stirnseite (13) des Stabes (12) laufenden Fahrstrahls aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des Lichtstrahles (12) zur Stabachse (15) zwischen 30 und 50° liegt

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrstrahl die volle Höhe der Stirnseite (13) des Stabes (12) überstreicht

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß der Strahl (14) nur einen geringen Teil der Breite des Stabes (12) einnimmt und nach jeder Höhenabtastung in Höhenrichtung um seine Breite seitlich versetzt wird und daß die Spiegelanordnung (17) aus mehreren zueinander entsprechend versetzten Gruppen (17a, b, c) besteht

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die seitliche Versetzung durch zunehmend zur Achse geneigte Flächen eines Spiegelrades (25) bewirkt ist

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder schmale Bereich die Breitenausdehnung des Lichtstrahles (14) hat.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (17a, b, c) über ihre gesamte Länge von dem in den Stab eintretenden Fahrstrahl beaufschlagbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Gruppen nach einer bzw. mehreren Totalreflexionen erfolgt.

!8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrstrahl (32) durch ein Zylinderlinsenraster (31) senkrecht zur Abtastrichtung in mehrere Teilstrahlen (a', b'. c', d', e') zerlegt ist und durch eine seitlich periodisch verschiebbare Blendenanordnung (33) zu einer Zeit nur einer der Teilstrahlen (a', b', c', d', e') zum Stab (12) durchgelassen wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Zylinderlinsenraster (31) in Abtastrichtung so viele Fahrstrahlen (f, g, h, i, k, I, m, n) gebildet sind, daß die an der Stirnseite (13) des Stabes (t2) übereinanderliegenden Fahrstrahlen auf nacheinanderfolgende Einzelspiegel (18) fallen und daß die Fahrstrahlen (f, g, h....) in eine Schwingbewegung mit einer derartigen Amplitude versetzt sind, daß sie innerhalb des ihnen zugeordneten Einzelspiegels (18) hin- und herschwingen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lichtaustrittsseite des Stabes (12) eine mit den Einzelspiegeln (18) ausgerichtete Öffnungen aufweisende Noniusblende (36) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine seitlich periodisch verschiebbare Blendenanordnung (33) zu einer Zeit nur einer der Fahrstrahlen (o, p, q) zum Stab durchgelassen wird.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Verminderung von toten Bereichen (t) von beiden Stirnflächen (13, 27) Fahrstrahlen (14) in den Stab

(12) schickt, wobei die Anordnung an der zweiten Stirnfläche (27) analog der an der ersten Stirnseite

(13) ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtempfänger (30) ein Lichtleitstab (29) vorgeord-

net ist, der auf seiner der Lichteinfallsseite diametral gegenüberliegenden Mantelfläche eine im Vergleich zum Stabquerschnitt schmale Spiegelanordnung (17) von auf einer achsparallelen Geraden liegenden, gleichen Einzelspiegeln (18) trägt, welche unter einem solchen Winkel zur Stabachse (15) angeordnet sind, daß senkrecht zur Stabachse (15) auftreffende Lichtstrahlen (40) unter einem unterhalb des Totalreflexionsgrenzwinkels liegenden Winkel («) zur Stabachse (25) reflektiert werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangslichtleitstab (29) einen runden Querschnitt hat

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung (17) in eine auf der Mantelfläche des Lichtleitstabes (29) angeordnete schmale Leiste (19) eingearbeitet ist

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis

25, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (30) an demjenigen Ende des Emp.'angslichtleit-Stabes (29) angeordnet ist, das von der Stirnseite (41) abgewandt ist, die der Lichteintrittsstirnseite (13) des Sendelichtleitstabes (12) entspricht.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis

26, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Sendelichtleitstab (12) eine Zylinderlinse (42) angeordnet ist, deren Brennlinse (43) im Bereich des Empfangslichtleitstabes (29) liegt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zylinderlinse (42) ein Zylinderlinsenraster (44) mit parallel zur Zylinderlinse (42) verlaufenden Achsen angeordnet ist, mittels dessen die Zylinderlinse (42) am Ort des Empfangslichtleitstabes (12) eine den Stab nach beiden Seiten überragende Brennlinienanordnung (46) entwirft.

29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung (17) aus wenigstens zwei gleichen parallel zueinander verlaufenden und in Stablängsrichtung um wenigstens die Totzonenausdehnung gegeneinander versetzten Teil-Spiegelanordnungen (17M 7") besteht.