DE2532602C3 - Optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang - Google Patents
Optische Vorrichtung mit einem LichtvorhangInfo
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- G01V8/18—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver using mechanical scanning systems
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang mit einer einen Lichtstrahl
aussenden Lichtquelle, einer den Lichtstrahl periodisch innerhalb eines Winkelbereiches hin- und herführenden
Ablenkvorrichtung, welche im Brennpunkt einer Linse iiegt, die einen parallel zu sich selbst wandernden
Fahrstrahl erzeugt und einen Abtastraum festlegt, und
mit einem Lichtempfänger zur Erfassung des den Lichtvorhang verlassenden Lichts.
Bei einer bekannten optischen Vorrichtung dieser Art (DE-OS 21 11 837) entspricht die Breite des Lichtvorhanges
dem Linsendurchmesser, ist also durch die erreichbare öffnung der verwendeten Linsen begrenzt
Soll die Breite des Lichtvorhanges verhältnismäßig groß sein, so ist für die Erzeugung des Fahrstrahls ein
streifenförmiger Hohlspiegel erforderlich (DE-PS
9 60 785). Ein solcher Hohlspiegel ist jedoch einerseits
kostspielig in der Herstellung und insbesondere wegen des aufgrund seiner Krümmung eingenommenen
Raumes relativ platzaufwendig.
Des weiteren ist es bereits bekannt (US-PS 37 58 197),
auf eine stabförmige Anordnung versetzt hintereinander angeordneter und schräg stehender Planspiegel von
der einen Stirnseite her ein zumindest dem Stabdurchmesser entsprechendes Lichtbündel auftreffen zu lassen.
Durch Reflexion an den einzelnen Planspiegeln wird das Lichtbündel so auf einen relativ großen Bereich verteilt
Auf der Empfangsseite kann eine gleichartige Anordnung zwecks Sammlung des aus dem Vorhangbereich
kommenden Lichts auf einem PhatO2mpfänger vorgesehen
werden. Die bekannte Anordnung läßt jedoch nur die gleichzeitige Beaufschlagung sämtlicher Planspiegel
zu, so daß die Signaländerung am Photoempfänger beim Einbringen eines relativ kleinen Hindernisses in den
Vorhangbereich sehr klein ist Die Empfindlichkeit der bekannten Vorhanganordnung ist also sehr begrenzt.
Ein älterer Vorschlag (DE-OS 25 08 366) kennzeichnet sich dadurch, 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. Hierdurch kann mittels eines relativ schmalen Abtastbereiches ein von
einem Fahrstrahl überstrichener relativ breiter Lichtvorhang erzeugt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der die Länge des Abtastbereiches des Fahrstrahls auf
einfache und raumsparende Weise erheblich vergrößert werden kann. Bei einer solchen optischen Vorrichtung
gelingt die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß aufgrund der Merkmale des Kennzeichens von Anspruch
1.
Nach einer ersten näheren Ausführungsform der
Erfindung sind die Planspiegel mit Abstand auf mindestens einem Streifen hintereinander angeordnet,
wobei der Streifen zweckmäßigerweise unter einem Winkel von kleiner als 45° zur Einfallsstrahlrichtung
angeordnet ist. Auf diese Weise kann nicht nur mittels
eines einzigen, streifenförmigen optischen Elementes
die Verbreiterung des Abtastbereiches des Fahrstrahls erzielt werden, sondern es wird darüber hinaus auch
noch gewährleistet, daß ein ebener, also stufenfreier
Vorhangbereich vorliegt
Sollen sehr lange Abtastbereiche ohne zu breite Totzonen zwischen den einzelnen Planspiegeln erzielt
werden, so ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß
mehrere Streifen seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander anschließend oder geringfügig
überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung den Strahl nicht nur in der Reflexionsebene,
sondern auch senkrecht zu dieser versetzt, derart, daß
der Strahl nacheinander auf die verschiedenen seitlich versetzten Streifen auftrifft
Eine praktisch ohne Totzonen arbeitende Austührungsform kennzeichnet sich dadurch, daß mindestens
zwei streifenförmige Planspiegel seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander anschließend oder
geringfügig überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung den Strahl nicht nur in der
Reflexionsebene, sondern auch senkrecht zu dieser versetzt derart, daß der Strahl nacheinander auf die
einzelnen seitlich versetzten Planspiegel aufirifft Der Winkel der Planspiegel relativ zur Einfallstrahlrichtung
beträgt vorzugsweise 45°.
Sofern die optische Vorrichtung mit einem Retroreflektor am anderen Ende des Lichtvorhanges arbeitet,
ist nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung parallel zu der Mehrzahl hintereinander angeordneter
Planspiegel eine gleichartige Empfangs-Planspiegelanordnung vorgesehen, deren Ausgangsstrahl zum Lichtempfänger geführt ist Auf diese Weise werden die
Planspiegel auch für den Empfang von Licht aus dem Vorhangbereich ausgenutzt Die Empfangs-Planspiegelanordnung ist dabei vorzugsweise breiter als die
Planspiegel ausgebildet, um eine ausreichende Lichtmenge aus dem Vorhangbereich aufzunehmen.
Baulich besonders vorteilhaft ist es, wenn die Empfangs-Planspiegelanordnung und die Planspiegel
auf einem einzigen Streifen angeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Ansprüche 5,6 und 12 gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
F i g. 1 die schematische Seitenansicht einer optischen
Vorrichtung mit einem Lichtvorhang,
F i g. 2 eine schematische Draufsicht der wesentlichen Elemente der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig.3 eine weitere Ausführungsform der optischen
Vorrichtung mit einem breiteren Lichtvorhang,
F i g. 4 eine schematische Draufsicht der wesentlichen Elemente der Vorrichtung nach F i g. 3,
Fig.5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren optischen Vorrichtung mit einem besonders für
Meßzwecke geeigneten Lichtvorhang, und
F i g. 6 eine Draufsicht auf die wesentlichen Elemente der Vorrichtung nach F i g. 5.
Nach Fig. 1 gelangt der von einem Laser 12 ausgehende Lichtstrahl 11 über eine Linse 28 unter
einem Winkel von im wesentlicher. 45° auf einen um eine senkrecht auf der Zeichenebene stehende Achse 29
hin- und herschwingenden Schwingspiegel 18, Der
angeordnet, welche zusammen mit der Linse 28 ein
umgekehrtes Fernrohrsystem bildet, das eine Verbreite
rung und damit eine entsprechende Verkleinerung des
wandernder Fahrstrahl 30 gebildet
to daß der Lichtstrahl nach Reflexion im wesentlichen über die gesamte Fläche der Linse 13 hin- und herführbar ist;
dieser Bereich ist in F i g. 1 durch gestrichelte Begrenzungslinien veranschaulicht
hinter der Linse 13 ein Streifen 16 unter einem Winkel a.
gegenüber der optischen Achse angeordnet Der Streifen 16 trägt eine Mehrzahl von unter 45° zur
optischen Achse angeordneten Planspiegeln 15 und dazwischen befindlichen Zwischenstücken 17. Obwohl
die Zwischenstücke 17 nicht reflektierend sein müssen, können sie genauso wie die Planspi ^eI 15 reflektierend
sein, wenn sich dies aus Hersleliungsgründen als
zweckmäßig erweisen sollte. Während die Planspiegel 15 unter 45° zur optischen Achse angeordnet sind,
verlaufen die Zwischenstücke 17 im wesentlichen parallf' zur optischen Achse, so daß die Fahrstrahlen
oder Einfallslichtstrahlen 30 streifend auf sie auffallen. Sollte ein derartiger streifender Auffall nicht gewünscht
sein, könnten die Zwischenstücke in Einfallsstrahlrich
tung auch etwas abfallend ausgebildet sein, so daß der
kann. Die Breiten der Planspiegel 15 einerseits und der
zur optischen Achse ein Retroreflektor 21 angeordnet, zwischen dem und dem Streifen 16 sich der Lichtvorhang 27 erstreckt
Beim Bewegen des Schwingspiegels 18 durchläuft der Fahrstrahl 30 die gesamte Höhenerstreckung der Linse
13. Dabei trifft der Fahrstrahl 30 stufenweise nacheinander auf die verschiedenen hintereinander angeordneten
Planspiegel 15, von denen er um 90° zum Retroreflektor 21 hin umgelenkt wird. Auf diese Weise entsteht ein den
Lichtvorhang 27 in Sprüngen durchquerender Fahr
strahl 30'. Innerhalb des Bereiches der Planspiegel 15 ist
die Abtastbewegung stetig. Nach Erreichen des Endes eines Planspiegels 15 springt der Fahrstrahl über das
Zwischenstück 17 zum darauffolgenden Planspiegel 15. Der Lichtvorhang weist also entlang der Zwischenstük
ke 17 Totzonen auf, die jedoch je nach den
Anforderungen an die Dichtheit des Lichtvorhanges ausreichend schmal bemessen sein können. Je mehr sich
der Winkel « 45° nähert, umso schmaler werden die Totz'>n?n und umso geringer wird allerdings auch die
Auseinanderziehung des am Ausgang der Linse 13 vorhandenen schmalen Lichtvorhanges.
Insbesondere aus Fig.2 ist eine auf dem gleichen Prinzip beruhende Empfangsanordnung für die vom
Retroreflektor 21 reflektierten Strahlen ersichtlich.
Neben dem Streifen 16 befindet sich eine völlig identische, jedoch doppelt so breite Empfangs-Planspiegelanordnung 22, welche sogar mit der Mehrzahl von
Planspiegeln 15 für das Sendelicht aus einem Stück bestehen kann. Zwischen den Sendespiegeln und der
tr, Empfangs Planspiegelanordnung 22 befindet sich eine in
der Reflexionsebene liegende Trennwand 25, welche dafür sorgt, daß nicht Licht vom Sendeteil unter
Umgehung des Lichtvorhanges 27 direkt in den
Aufgrund der beschriebenen Anordnung erzeugt die Empfangs-Planspiegelanordnunp 22 einen Ausgangslichtstrahl 23, der die Linse 13 in der Ansicht nach F i g. I
genau wie der Fahrstrah! 30 in Höhenrichtung abtastet Da auch der Ausgangslichtstrahl 23 parallel zur
optischen Achse ist, würde er somit ohne besondere Maßnahmen zum Brennpunkt der Linse 13, d. h. zum
Schwingspiegel 18 hingelenkt werden, was in F i g. 2 durch eine teilweise gestrichelte Linie angedeutet ist.
Um die in diesem Fall erforderliche Trennung durch einen Teilerspiegel zu vermeiden, ist unmittelbar hinter
der Linse ein optischer Keil 26 angeordnet, welchyr den Ausgangslichtstrahl 23 zu einem neben dem Schwingspiegel 18 angeordneten Lichtempfänger 24 lenkt. Es r>
handelt sich also um einen Autokollimationsstrahlengang mit Pupillenteilung.
Am Ausgang des Photoempfängers 24 entsteht somit ein periodisches elektrisches Signal, welches beim
Eindringen von Hindernissen in den Lichtvorhang 27 an in
den betreffenden Stellen unterbrochen ist. Durch eine an den Lichtempfänger 24 angeschlossene Auswerteelektronik kann so der Ort, an dem das Hindernis sich im
Lichtvorhang befindet, bestimmt werden. In einfacheren Fällen, z. B. beim Unfallschutz an Pressen genügt es r-,
auch, überhaupt das Eindringen eines Hindernisses in den Lichtvorhang 27 festzustellen und dadurch beispielsweise eine Abschaltung der Presse zu veranlassen.
Sofern die den Zwischenstücken 17 entsprechenden Totzonen nicht zu groß werden dürfen, muß die w
Planspiegelanordnung 14 nach F i g. 1 unter einem näher bei 45° liegenden steileren Winkel angeordnet
werden. Die hierdurch bedingte Verringerung der Auseinanderziehung des Lichtvorhanges kann gemäß
den F i g. 3 und 4 dadurch verhindert werden, daß zwei oder aber auch mehrere Streifen 16 seitenversetzt in der
dargestellten Weise hintereinander bzw. geringfügig einander überlappend angeordnet werden. Damit nun
jeder der beiden Streifen 16 einen Abtastlichtstrahl erhält, muß der Fahrstrahl 30 nicht nur gemäß F i g. 3 in ίο
Höhenrichtung, sondern auch gemäß dem Pfeil /' in F i g. 4 in Seitenrichtung versetzt werden, und zwar stets
dann, wenn einer der Streifen 16 von Anfang bis Ende abgetastet worden ist
Dies kann nach den Fig.3 und 4 z. B. durch
Anordnung der reflektierenden Fläche eines Spiegelrades 19 im Brennpunkt der Linse 13 geschehen, wobei die
einzelnen Spiegelebenen des Spiegelrades 19 relativ zu dessen Drehachse 29 mehr oder weniger gekippt sind.
Auf diese Weise reflektiert beispielsweise die in F i g. 4 sn
gezeigte Spiegelradfläche den Fahrstrahl 30 zum ersten Streifen 16, während die anschließende Spiegelfläche
den Fahrstrahl 30 zum zweiten Streifen 16 reflektiert, was in Fig.4 durch den gestrichelten Strahlengang
angedeutet ist Die nächste Spiegelfläche lenkt den Fahrstrahl 30 dann wieder auf den ersten Streifen 16,
und so fort.
Bei der Ausführungsform nach den Fig.3 und 4 läßt
sich auch die Empfangsvorrichtung nach Fig.2
anwenden, wobei jedoch die seitliche Versetzung der Streifen 16 so groß sein muß, daß der zweite Streifen 16
auch noch seitlich neben der ersten Empfangs-Planspiegelanordnung 22 liegt. Es ist jedoch trotz der größeren
Breite ohne weiteres möglich, zwei Sende-Empfangs-Spiegelanordnungen hintereinander seitenversetzt vorzusehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig.3 und * mit
Empfangsanordnung können zwei Keile 26 vorgesehen sein, welche jeweils an den Stellen anzuordnen sind, wo
das von der betreffenden Empfangs-Planspiegelanordnung 22 zurückreflektierte Licht in die Linse 13 ein- h?w
aus ihr austritt.
Durch die Ausführungsform nach den Fig.5 und 6
können die Totzonen im Lichtvorhang 27 vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Die Planspiegel 15
sind hier als kontinuierliche Streifen ausgebildet, die unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse
angeordnet sind, so daß die Fahrstrahlen nicht nur unter einem Winkel von 90° zum Retroreflektor 21 hin
reflektiert werden, sondern auch eine Unterbrechung der Abtaststrahlen 30' im Licht vorhang 27 während des
Abtastvorganges nicht vorliegt, da die bei den bishet beschriebenen Ausführungsformen vorhandenen Stufen
b/w. Zvischenstücke 17 entfallen. Um bei diesel Ausführungsform eine Verbreiterung des Lichtvorhanges hinter der Linse 13 zu erzielen, müssen zwei oder
mehrere Planspiegel 15 seitenversetzt und hintereinander angeordnet werden, wie das in den Fig.5 und 6
anhand eines Beispieles mit drei Planspiegeln IS veranschaulicht ist. Die aus der Linse 13 austretender
Fahrstrahlen 30 müssen beispielsweise wiede·· durch mehr oder weniger gekippte Spiegelradflächen einmal
zum ersten, dann zum zweiten und schließlich zum dritten Planspiegelstreifen gelenkt werden. Dies ist in
F i g. 6 durch gestrichelte Strahlengänge angedeutet.
Beim Drehen des Spiegelrades 19 werden demnach nacheinander die einzelnen Planspiegel 15 abgetastet
wobei sich ein den Lichtvorhang 27 von einem zum anderen Ende abtastender Fahrstrahl 30' ergibt.
Auch bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 kann eine Empfangsanordnung analog F i g. 2 vorgesehen werden, wobei die Empfangs-Planspiegelanordnung
ebenfalls aus kontinuierlichen Planspiegelstreifen besteht, die mit den Planspiegeln 15 für das Sendelicht bis
auf die Breite, die doppelt so groß ist, identisch sind
Außerdem kann ein Taktmaßstab 31 aus retroreflektierendem Material hinter der Linse 13 angeordnet se·-.
Die Erfindung schafft somit eine Möglichkeit, einen
mit wenig aufwendigen Mitteln herzustellenden, relativ schmalen optischen Lichtvorhang ohne weiteres um das
10- bis 20-fache oder sogar noch mehr auseinanderzuziehen.
Claims (11)
1. Optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang
mit einer einen Lichtstrahl aussenden Lichtquelle, einer den Lichtstrahl periodisch innerhalb eines
Winkelberejcbes hin- und herfuhrenden Ablenkvorrichtung, welche im Brennpunkt einer Linse liegt, die
einen parallel zu sich selbst wandernden Fahrstrahl erzeugt und einen Abtastraum festlegt, und mit
einem Lichtempfänger zur Erfassung des den Lichtvorhang verlassenden Lichts, dadurch gekennzeichnet,
daß der aus der Linse (13) tretende, parallel zu sich selbst wandernde Fahrstrahl
auf eine Mehrzahl hintereinander angeordneter, mit ihm einen Winkel (α) einschließender is
Planspiegel (15) gerichtet ist, deren Gesamtausdehnung in Fahrtstrahlrichtung größer als senkrecht zur
Fahrstrahlrichtung ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel («) 45° beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Planspiegel (15) mit
Abstand auf mindestens einem Streifen (16) hintereinander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Streifen (16) unter einem Winkel (λ) von kleiner als 45° zur Einfallsstrahlrichtung
angeordnet ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangens des Winkels («) zwischen
'Λ und V8 liegt
6. Vorrichung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet
daß der Tangens des Winkels («) 1A
beträgt
7. Vorrichtung nach einem df Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Streifen (16) seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander
anschließend oder geringfügig überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung (18,
19) den Strahl nicht nur in der Refiexionsebene, sondern auch senkrecht zu dieser versetzt, derart,
daß' der Strahl nacheinander auf die verschiedenen seitlich versetzten Streifen (16) auftrifft.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei sireifenförmige
Planspiegel (15) seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander anschließend oder geringfügig
überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung (18, 19) den Strahl nicht nur in
der Reflexionsebene, sondern auch senkrecht zu so dieser versetzt, derart, daß der Strahl nacheinander
auf die verschiedenen seitlich versetzten Planspiegel (15) auftrifft.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Retroreflektor am anderen
Ende des Lichtvorhanges, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Mehrzahl hintereinander
angeordneter Planspiegel (15) eine gleichartige Empfangs-Planspiegelanordnung (22) vorgesehen
ist, deren Ausgangsstrahl (23) zum Lichtempfänger bo (24) geführt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs-Planspiegelanordnung
(22) breiter als die Planspiegel (15) ausgebildet ist. h)
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Empfangs-PlansDiegelanordnung (22) und die Planspiegel (15) auf einem
einzigen Streifen (16) angeordnet sind,
12, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis
H, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Empfangs-Planspiegelanordnung (22) und den Planspiegeln (15) eine parallel zur Reflexionsebene vertaufende optische Trennwand (25) angeordnet ist
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