Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Herstellung eines einer Bewegung oder einer Verformung entsprechenden elektrischen Signals, welche einen mit einer Lichtquelle gekoppelten, ein optisches Lichtbündel weiterleitenden optischen Kanal, eine Lichterfassungseinheit sowie eine mit dem Ausgang der Lichterfassungseinheit verbundene elektronische Einheit zur Signalverarbeitung enthält. Die vorgeschlagene optische Anordnung ist zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals geeignet, welche eine erwünschte Abhängigkeit zwischen der Bewegung und einer Lichtintensität verwirklicht.
In der Industrie und vielen verwandten Gebieten, in der Landwirtschaft, Medizin und Biologie und im Allgemeinen in der Technik und Wissenschaft tritt oft die Aufgabe auf, eine physikalische Grösse aufgrund einer Bewegung oder einer Verformung zu messen. Die Messung kann durch direkte Methoden, als auch mittelbar erfolgen. Die gemessenen Werte der Bewegung, bzw. der Verformung sind einigermassen die für den ganzen verfolgten Prozess die kennzeichnenden Parameter.
Bei dieser Verwendung bilden z.B. die Kraft, der Druck, der Durchfluss, die Gravitation, usw. die zu messenden physikalischen Grössen. Offensichtlich können durch Verformung oder Bewegung andere physikalische Grössen auch bestimmt werden. Als Beispiel sind das elektrische oder magnetische Feld, die relative Feuchtigkeit zu erwähnen. So wird ein ferromagnetisches Stück im magnetischen Feld Kräften verschiedener Richtungen ausgesetzt, welche Temperaturunterschiede oder die Verformung eines grösseren metallischen Objekts bewirken können.
Zur Messung von Bewegungen und Verformungen ist eine optische Anordnung aus der DE-OS 3 530 093 (veröffentlicht am 6. März 1986) bekannt. Diese Anordnung stellt eine optische Faser dar, welche mit einer Unterbrechung ausgebildet ist. Das Licht einer Lichtquelle wird durch die Faser zu einem Detektor geführt. Die gemessene Lichtintensität hängt von den bei der Unterbrechung ablaufenden Prozessen ab.
Die Zusammenhänge zwischen zwei physikalischen Grössen können oft lediglich durch komplizierte Funktionen beschrieben werden. Offensichtlich sind einfache Abhängigkeiten auch bekannt. Als solche können die linearen Funktionen erwähnt werden. Eine kompliziertere Funktion ergibt sich aus der Theorie der Gravitation: die Zugkräfte verhalten sich zum Quadrat des Abstandes zwischen zwei Körpern umgekehrt proportional.
Bei der Wärmeausdehnung ist die Lage noch komplizierter, da der entsprechende Koeffizient in verschiedenen Temperaturbereichen unterschiedliche Werte annehmen kann.
Für menschliche Beobachtungen ist es am besten, wenn die Messinstrumente mit linearer Skala ausgestattet sind. Es ist jedoch manchmal schwer, die gemessenen Werte an einer solchen Skala zu zeigen.
Zwecks Transformierung der nichtlinearen Prozesse in lineare Messwerte werden zurzeit verschiedene Lösungen verwendet. In der erwähnten Offenlegungsschrift DE-OS 3 530 093 wurde vorgeschlagen, mehrere optische Fasern in einer räumlichen Anordnung zu verwenden. Es ist auch bekannt, dieselbe Aufgabe durch komplizierte elektronische Schaltungen zu lösen. Die bekannten elektronischen und mechanischen Anordnungen sind mit dem Nachteil belastet, dass sie relativ kostspielig sind und einen Unsicherheits-Faktor darstellen, wodurch die Zuverlässigkeit der Arbeit abnimmt.
Bei elektronischen Geräten kann das obige Problem durch Verwendung von Schaltungen zur Realisierung erwünschter Übergangsfunktionen gelöst werden. Dazu sollen Schaltungen zur Multiplizierung, Teilung, Summierung, usw. verwendet werden. Natürlich können oft noch kompliziertere mathematische Funktionen auftreten. Diese Schaltungen sind manchmal Quellen verschiedener nichtlinearer Effekte, die schwer vermeidbar sind.
In Messanlagen kommt es auch oft vor, dass die Ungenauigkeit der Bearbeitung, oder der Einstellung eine nichtlineare Änderung negative Konsequenzen hat. Zu solchen Effekten führen auch die unvermeidbaren Verluste und andere Wirkungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist eine optische Anordnung zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist, hohe Zuverlässigkeit und hohe Stabilität aufweist, und bei praktisch allen nichtlinearen Abhängigkeiten zur Linearisierung der Messwerte verwendbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Gerät zu verwirklichen, welches gegenüber verschiedenen elektromechanischen Störeffekten nicht empfindlich ist und nötigenfalls auch bei radioaktiver Strahlung verwendet werden kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch Verwendung von zumindest zwei Modulationselementen im Wege eines Lichtbündels und durch Bewegung zumindest eines der Modulationselemente es möglich ist, die Oberfläche des Querschnittes des Lichtbündels so zu ändern, dass ein lichtempfindliches Element ein begrenztes Lichtbündel erreicht, welchem veränderliche Werte durch veränderliche elektrische Signale zugeschrieben werden können. Die Lichtintensität wird in dieser Anordnung verändert und die Veränderung kann nach praktisch allen Funktionen gewährleistet werden.
Eine weitere Erkenntnis liegt darin, dass die erfasste Lichtintensität durch bekannte photoelektrische Elemente in ein elektrisches Signal gewandelt werden kann, welches die erwünschte Funktion realisiert. Bei Verwendung von mehreren Lichtmodulationsflächen und/oder Realisierung nichtlinearer Bewegungen einiger der Lichtmodulationsflächen können auch sehr komplizierte Funktionen verwirklicht werden. Die zweite Möglichkeit bedeutet, dass zumindest eine der Lichtmodulationsflächen auf einer Geraden mit veränderlicher Geschwindigkeit und/oder auf nichtgeraden Strecken bewegt wird. Derart können die linearen Änderungen des Querschnittes des Lichtbündels verwirklicht werden.
Die Grunderkenntnis der Erfindung kann auch in umgekehrter Richtung wirken, d.h. ein Lichtausgang und/oder ein elektrischer Ausgang kann nach einer beliebigen Funktion erzeugt werden, falls eine der Modulationsflächen auf eine bestimmte Weise begrenzt wird.
Die Arbeit der vorgeschlagenen Anordnung sowie die damit erhaltenen Ergebnisse sind gar nicht davon abhängig, ob die Lichtmodulationsflächen zur Transmission oder Reflexion vorbereitet sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine optische Anordnung vorgeschlagen, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorgeschlagenen Anordnung sind die Merkmale des Anspruches 2 verwirklicht.
Weitere alternative Merkmale sind in den Ansprüchen 3-9 definiert.
Bei allen Verwirklichungen der erfindungsgemässen optischen Anordnung können die Lichtmodulationsflächen aus lichtdurchlässigem und/oder lichtreflektierendem Material bestehen, welche zur Modifizierung der Gestalt und/oder der Oberfläche des Querschnittes des Lichtbündels vorgesehen sind.
Eine Rückkopplung der Lichtquelle durch einen Ausgang der elektronischen Einheit kann besonders vorteilhaft betrachtet werden.
Bei der weiteren Darstellung der Erfindung wird unter dem Begriff "optischer Kanal" eine Einheit verstanden, welche zur Weiterleitung eines Lichtbündels ohne wesentliche Verminderung der Lichtintensität geeignet ist. Dieser Begriff soll die mit Vakuum, mit Gasatmosphären verschiedener Zusammensetzungen, einheitlichem und unterteiltem Festkörper vorbereiteten optischen Kanäle, zwischen ihnen die Luftkanäle, und die mit optischen Fasern verwirklichten Kanäle decken. Der optische Kanal soll nicht immer geschlossen werden.
Das Lichtbündel umfasst Licht mit Wellenlängen von Ultraviolett bis Infrarot, unabhängig von verschiedenen anderen Parametern, d.h. die Erfindung kann sowohl mit nicht gemischtem, als auch mit monokromatischem, kohärentem und inkohärentem oder nichtpolarisiertem Licht verwirklicht werden, unter der Bedingung, dass dieses Licht als ein Bündel gestaltet wird.
Bewegung bedeutet bei den weiteren Erklärungen alle durch physikalische Prozesse verursachten Bewegungen und Verformungen, unabhängig davon, ob die Gestaltänderungen von makroskopischem oder mikroskopischem Massstab sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von beispielsweise dargestellten Ausführungen mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist:
Fig. 1. eine Grundausführung der erfindungsgemässen optischen Anordnung,
Fig. 2 eine vorteilhafte Ausführung der vorgeschlagenen optischen Anordnung mit einem auf zwei Zweige unterteilten optischen Kanal,
Fig. 3 eine mit Luftkanal verwirklichte Ausführung der vorgeschlagenen Anordnung,
Fig. 4 eine optische Anordnung mit zwei optischen Teilkanälen und einem Reflexionselement,
Fig. 5 eine optische Anordnung mit zumindest drei optischen Teilkanälen,
Fig. 6 ein Beispiel einer Lichtmodulationsfläche,
Fig. 7 ein Diagramm der Lichtintensität am Ausgang der Lichtmodulationsflächen der Fig. 6,
Fig. 8 ein weiteres Beispiel einer Lichtmodulationsfläche,
Fig.
9 ein Diagramm der Lichtintensität am Ausgang der Lichtmodulationsfläche der Fig. 8,
Fig. 10 ein weiteres Beispiel einer Lichtmodulationsfläche,
Fig. 11 ein Diagramm der Lichtintensität am Ausgang der Lichtmodulationsfläche der Fig. 10,
Fig. 12 ein letztes Beispiel einer der Lichtmodulationsflächen und
Fig. 13 ein Diagramm der Lichtintensität am Ausgang der Lichtmodulationsfläche der Fig. 12.
In der optischen Anordnung nach den Fig. 1 bis 5 ist eine Lichtquelle 10 vor dem Eingang eines optischen Kanals 20 vorgesehen. Die Lichtquelle 10 ist mit einer Speisequelle verbunden, welche vorteilhaft als eine elektronische Einheit 50 ausgebildet ist und eine Rückkopplung der Lichtquelle 10 verwirklicht. Die letztere erzeugt ein Lichtbündel F, welches durch den optischen Kanal 20 zu einem Senderelement 21 weitergeleitet wird. Das Senderelement 21 ist im allgemeinen ein Ausgang des optischen Kanals 20. Nach dem Senderelement 21 ist eine Lichtmodulationseinheit 60 im Weg des Lichtbündels F angeordnet, welche mit einem unbeweglichen Element 70 und einem beweglichen Element 62 ausgerüstet ist und eine oder mehrere Lichtmodulationsfläche(n) 72 enthält.
Die Lichtmodulationseinheit 60 ist am besten in einer Unterbrechung 100 des optischen Kanals, jedoch in jedem Fall vor einer Lichterfassungseinheit 30 angeordnet. Die Lichtmodulationseinheit 60 strahlt ein moduliertes Lichtbündel F min aus, welches, nötigenfalls durch ein Empfängerelement 22, in die Lichterfassungseinheit 30 gelangt. Das bewegliche Element 62 ist mit einer beweglichen Führung 40 gekoppelt, welche die Verschiebung des beweglichen Elementes 62 nach einer bestimmten Funktion und/oder entlang einer bestimmten Linie in Pfeilrichtung M gewährleistet. Die Lichterfassungseinheit 30 ist, wie erwähnt, mit der elektronischen Einheit 50 verbunden und kann in dieser Weise die Lichtintensität der Lichtquelle 10 beeinflussen.
Der optische Kanal 20 kann gemäss den Fig. 2, 3, 4, 5 unterteilt werden, wobei die entstandenen Zweige des optischen Kanals optische Teilkanäle 20 min bilden, welche Teilbündel P weiterleiten.
Wesentlich ist, dass das bewegliche Element 62 gemeinsam mit dem unbeweglichen Element 70 eine notwendige Modulation des Lichtbündels F gewährleistet. Die Modulation bedeutet in diesem Falle, dass das durch den optischen Kanal 20 weitergeleitete Licht eine Intensität aufweist, welche von der beim Senderelement 21 herrschenden Intensität unterschiedlich ist. Dieser Unterschied kann durch verschiedene Massnahmen erreicht werden. Einige dieser Massnahmen werden in den nachstehenden Figuren dargestellt.
Die Lichtmodulationseinheit 60 nach Fig. 1 enthält separate Elemente mit Lichtmodulationsflächen 72, die gleiche oder unterschiedliche Formen aufweisen können. Sie können aus nichtreflektierenden unter nichtdurchlässigen Stoffen bestehen, so dass ein Teil des Lichtbündels F zurückbehalten oder nach dem Senderelement 21, durchgelassen wird.
Eine weitere Möglichkeit ist der Fig. 2 zu entnehmen. Hierin besteht die Lichtmodulationseinheit 60 aus einem beweglichen Element 62 und einem unbeweglichen Element 70, welche Elemente in der Unterbrechung 100 des optischen Kanals angeordnet sind. Das unbewegliche Element 70 bildet praktisch das Senderelement 21 des optischen Kanals 20 oder des entsprechenden optischen Teilkanals 20 min . Das Senderelement 21 kann einen anderen Querschnitt aufweisen als der optische Kanal 20. In der Fig. 2 ist eine quadratische und eine dreieckige Form zu sehen. Das bewegliche Element 62 ist in der Unterbrechung 100 abgestützt und mit der beweglichen Führung 40 verbunden. Die letztere sichert eine Bewegung, und zwar eine Verschiebung des beweglichen Elementes 62 nach einer vorbestimmten räumlichen und/oder zeitlichen Funktion.
Die Bewegung kann auch durch die elektronische Einheit 50 kontrolliert und geregelt werden.
In Fig. 3 sind die verschiedenen Stützungsmöglichkeiten der unbeweglichen Elemente 70 zu sehen. Die schematische Darstellung dieser Figur zeigt nicht alle Elemente der Anordnung , und der optische Kanal 20 ist durch die Luft oder anderes gasförmiges Medium gebildet. Das gasförmige Medium kann z.B. bei Laserbündel vorteilhaft sein, wenn das Bündel selbst hohe Kohärenz zeigt.
Die Verwendung eines nichtreflektierenden Elementes zeigt ein Beispiel nach Fig. 4. Das bewegliche Element trägt in diesem Falle einen Spiegel, welcher zumindest die Hälfte des einfallenden Lichtes zurückwirft. Auf solche Weise entstehen Teilbündel P. Das unbewegliche Element 70 wird durch den Endteil der optischen Teilkanäle 20 min realisiert, und das bewegliche Element 62 deckt einen Teil des Senderelementes 21, welches gleichzeitig als Empfängerelement 22 für das reflektierte Lichtbündel dient.
Nach Fig. 5 ist es möglich, durch die vorgeschlagene optische Anordnung gleichzeitig mehrere verschiedene elektrische Signale zu erzeugen. Wie es dieser Figur zu entnehmen ist, enthält der optische Kanal 20 mehrere optische Teilkanäle 20 min , welche die Unterbrechung 100 begrenzen. Die Lichtmodulationseinheit 60 enthält bei dieser Anordnung eine höhere Anzahl von beweglichen und unbeweglichen Elementen 62, 70. Bei den letzteren sind solche Lichtmodulationsflächen 72 ausgebildet, welche die notwendige Veränderung der Ausgangssignale sichern. Offensichtlich sind die beweglichen Elemente 62 mit entsprechenden Führungen 40 versehen, welche die notwendige Verschiebung der beweglichen Elemente 62 gewährleisten. Die dadurch erzeugten Ausgangssignale können zur Regelung und Steuerung verschiedener Prozesse eingesetzt werden.
Die Lichtmodulationsflächen 72 können auf verschiedene Weisen gestaltet werden. Die Gestaltung hängt immer von dem Verwendungszweck ab.
Nach Fig. 6 bestehen die Lichtmodulationsflächen aus lichtdurchlässigem Stoff. Ein Element mit einer Spalte mit Breite W und Länge L wird vor einer \ffnung mit Durchmesser D eines weiteren Elementes bewegt. Diese beiden Elemente sind im Abstand E voneinander angeordnet, und die relative Bewegung wird in Richtung des Pfeils M vorgenommen. Die Deckung der Elemente erfolgt beim Punkt 0. Bei einer Bewegung der Spalte vor der \ffnung wird die Lichtintensität 1 am Ausgang der Lichtmodulationsflächen gemessen und in einem Diagramm nach Fig. 7 festgehalten werden. Es entsteht eine Kurve 11, die teilweise parallel zur Abszisse verläuft. Bei der Verwendung einer Spalte aus lichtreflektierendem Stoff gemäss Fig. 8 entsteht eine spiegelverkehrte Kurve 11 gemäss Fig. 9.
Ein weiteres Beispiel der Lichtmodulationsflächen 72 ist der Fig. 10 zu entnehmen. Eine der Flächen ist rechteckig und die andere kreisförmig. Bei Verschiebung der Flächen relativ zu einander verändert sich die Lichtintensität I nach Fig. 11, wobei eine Kurve mit einer geraden Linie 12 und einer inversen Sinuskurve 13 entsteht. Die inverse Sinuskurve 13 kann sowohl vor der geraden Strecke 12 als auch nach der letzten vorhanden sein.
Nach Fig. 12 kann die Lichtmodulationsfläche 72 auf mehrere Teilflächen unterteilt werden. Bei dieser Anordnung ist eine Zusammenwirkung zwischen einer Spalte mit Breite W und Länge L und zwei \ffnungen A, B mit Durchmesser D und Abstand E gegeben. Bei Verschiebung der Lichtmodulations flächen 72 relativ zu einander wird die Lichtintensität auch nach einer inversen Sinuskurve 13 (Fig. 13) veränderlich.
In der Lichtmodulationseinheit 60 können sowohl unterschiedliche als auch gleiche Lichtmodulationsflächen 72 vorgesehen werden. Bei wahlweiser Bestimmung der Bewegungsparameter der Führung 40 des beweglichen Elementes 62 können praktisch alle erwünschten Gestaltungen der Lichtintensitätsänderungen I gewährleistet werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen optischen Anordnung beruht auf der Tatsache, dass die durch die Lichterfassungseinheit 30 detektierte Lichtintensität I zum Querschnitt des die Lichtmodulationseinheit 60 verlassenden Lichtbündels F proportional ist. Das bedeutet, dass ein gemeinsamer Durchschnitt 80 der Lichtmodulationsflächen 72 auf solche Weise geregelt werden muss, dass eine Veränderung der Lichtintensität im Sinne einer erwünschten Funktion entsteht. Die Veränderung kann sowohl durch Bewegung, Verschiebung oder Verformung der Elemente 62, 70, als auch durch entsprechende Auswahl der Bewegungsparameter der Führung 40 gewährleistet werden.
Das Ausgangssignal der Lichterfassungseinheit 30 wird durch die elektronische Einheit 50 verarbeitet. Die letztere ist vorteilhaft zur Regelung der Lichtquelle 10 vorbereitet, wodurch die Anordnung zur Steuerung komplizierter Prozesse auch geeignet sein kann.
The invention relates to an optical arrangement for producing an electrical signal corresponding to a movement or a deformation, which contains an optical channel coupled to a light source, which transmits an optical light bundle, a light detection unit and an electronic unit for signal processing connected to the output of the light detection unit. The proposed optical arrangement is suitable for generating an electrical output signal which realizes a desired dependence between the movement and a light intensity.
In industry and many related fields, in agriculture, medicine and biology, and in general in technology and science, the task often occurs to measure a physical quantity due to movement or deformation. The measurement can be done by direct methods as well as indirectly. The measured values of the movement or the deformation are somewhat the parameters that characterize the entire process being tracked.
With this use e.g. the force, the pressure, the flow, the gravitation, etc. the physical quantities to be measured. Obviously, other physical quantities can also be determined by deformation or movement. An example is the electric or magnetic field, the relative humidity. For example, a ferromagnetic piece is exposed to forces from different directions in the magnetic field, which can cause temperature differences or the deformation of a larger metallic object.
An optical arrangement for measuring movements and deformations is known from DE-OS 3 530 093 (published March 6, 1986). This arrangement represents an optical fiber which is formed with an interruption. The light from a light source is guided through the fiber to a detector. The measured light intensity depends on the processes taking place during the interruption.
The relationships between two physical quantities can often only be described by complicated functions. Obviously, simple dependencies are also known. As such, the linear functions can be mentioned. A more complicated function arises from the theory of gravitation: the tensile forces are inversely proportional to the square of the distance between two bodies.
The situation is even more complicated with regard to thermal expansion, since the corresponding coefficient can assume different values in different temperature ranges.
For human observations, it is best if the measuring instruments are equipped with a linear scale. However, it is sometimes difficult to show the measured values on such a scale.
Various solutions are currently used to transform the non-linear processes into linear measured values. In the published patent application DE-OS 3 530 093 it was proposed to use several optical fibers in a spatial arrangement. It is also known to accomplish the same task through complicated electronic circuits. The known electronic and mechanical arrangements are burdened with the disadvantage that they are relatively expensive and represent an uncertainty factor, which reduces the reliability of the work.
With electronic devices, the above problem can be solved by using circuits to implement desired transition functions. Circuits for multiplication, division, summation, etc. should be used for this. Of course, even more complicated mathematical functions can often occur. These circuits are sometimes sources of various nonlinear effects that are difficult to avoid.
In measuring systems, it often happens that the inaccuracy of the processing or the setting has a negative impact on a non-linear change. The inevitable losses and other effects also lead to such effects.
The object of the invention is to create an optical arrangement which is of simple construction, has high reliability and high stability, and can be used for practically all non-linear dependencies for linearizing the measured values. Another object is to implement a device which is not sensitive to various electromechanical interference effects and, if necessary, can also be used with radioactive radiation.
The invention is based on the knowledge that by using at least two modulation elements by means of a light beam and by moving at least one of the modulation elements, it is possible to change the surface of the cross section of the light beam in such a way that a light-sensitive element reaches a limited light beam, which variable Values can be attributed to changing electrical signals. The light intensity is changed in this arrangement and the change can be guaranteed after practically all functions.
Another finding is that the detected light intensity can be converted into an electrical signal by known photoelectric elements, which realizes the desired function. When using several light modulation areas and / or realizing non-linear movements of some of the light modulation areas, very complicated functions can also be realized. The second possibility means that at least one of the light modulation surfaces is moved on a straight line with variable speed and / or on non-straight lines. In this way, the linear changes in the cross section of the light beam can be realized.
The basic knowledge of the invention can also work in the opposite direction, i.e. a light output and / or an electrical output can be generated according to any function if one of the modulation areas is limited in a certain way.
The work of the proposed arrangement and the results obtained with it do not depend at all on whether the light modulation surfaces are prepared for transmission or reflection.
To achieve the object, an optical arrangement is proposed which has the features of claim 1.
In an advantageous embodiment of the proposed arrangement, the features of claim 2 are realized.
Further alternative features are defined in claims 3-9.
In all implementations of the optical arrangement according to the invention, the light modulation surfaces can consist of translucent and / or light-reflecting material which are provided for modifying the shape and / or the surface of the cross section of the light beam.
A feedback of the light source through an output of the electronic unit can be considered particularly advantageous.
In the further illustration of the invention, the term “optical channel” is understood to mean a unit which is suitable for transmitting a light bundle without significantly reducing the light intensity. This term is intended to cover the optical channels prepared with vacuum, with gas atmospheres of different compositions, uniform and subdivided solid, between them the air channels, and the channels realized with optical fibers. The optical channel should not always be closed.
The light beam comprises light with wavelengths from ultraviolet to infrared, independent of various other parameters, i.e. the invention can be implemented with unmixed as well as with monocromatic, coherent and incoherent or non-polarized light, provided that this light is designed as a bundle.
In the further explanations, movement means all movements and deformations caused by physical processes, regardless of whether the shape changes are of a macroscopic or microscopic scale.
The invention is explained in more detail below with the aid of examples shown with reference to the accompanying drawing. In the drawing is:
1 shows a basic version of the optical arrangement according to the invention,
2 shows an advantageous embodiment of the proposed optical arrangement with an optical channel divided into two branches,
3 shows an embodiment of the proposed arrangement realized with an air duct,
4 shows an optical arrangement with two optical subchannels and a reflection element,
5 shows an optical arrangement with at least three optical subchannels,
6 shows an example of a light modulation surface,
7 is a diagram of the light intensity at the output of the light modulation surfaces of FIG. 6,
8 shows another example of a light modulation surface,
Fig.
9 shows a diagram of the light intensity at the output of the light modulation surface of FIG. 8,
10 shows another example of a light modulation surface,
11 is a diagram of the light intensity at the output of the light modulation surface of FIG. 10,
12 shows a last example of one of the light modulation areas and
13 is a diagram of the light intensity at the output of the light modulation surface of FIG. 12.
1 to 5, a light source 10 is provided in front of the input of an optical channel 20. The light source 10 is connected to a feed source, which is advantageously designed as an electronic unit 50 and realizes a feedback of the light source 10. The latter generates a light beam F, which is transmitted through the optical channel 20 to a transmitter element 21. The transmitter element 21 is generally an output of the optical channel 20. After the transmitter element 21, a light modulation unit 60 is arranged in the path of the light beam F, which is equipped with an immovable element 70 and a movable element 62 and one or more light modulation surface (s) 72 contains.
The light modulation unit 60 is best arranged in an interruption 100 of the optical channel, but in any case in front of a light detection unit 30. The light modulation unit 60 emits a modulated light bundle F min which, if necessary through a receiver element 22, reaches the light detection unit 30. The movable element 62 is coupled to a movable guide 40 which ensures the displacement of the movable element 62 according to a specific function and / or along a specific line in the direction of the arrow M. As mentioned, the light detection unit 30 is connected to the electronic unit 50 and can influence the light intensity of the light source 10 in this way.
The optical channel 20 can be subdivided according to FIGS. 2, 3, 4, 5, the branches of the optical channel formed forming optical subchannels 20 min which forward sub-bundles P.
It is essential that the movable element 62 together with the immovable element 70 ensures a necessary modulation of the light beam F. In this case, the modulation means that the light transmitted through the optical channel 20 has an intensity which is different from the intensity prevailing in the transmitter element 21. This difference can be achieved through various measures. Some of these measures are shown in the figures below.
1 contains separate elements with light modulation surfaces 72, which can have the same or different shapes. They can consist of non-reflective and non-permeable substances, so that part of the light beam F is retained or passed through after the transmitter element 21.
Another possibility is shown in FIG. 2. Herein, the light modulation unit 60 consists of a movable element 62 and an immovable element 70, which elements are arranged in the interruption 100 of the optical channel. The immovable element 70 practically forms the transmitter element 21 of the optical channel 20 or the corresponding optical subchannel 20 min. The transmitter element 21 can have a different cross section than the optical channel 20. A square and a triangular shape can be seen in FIG. 2. The movable element 62 is supported in the interruption 100 and connected to the movable guide 40. The latter ensures a movement, namely a displacement of the movable element 62 according to a predetermined spatial and / or temporal function.
The movement can also be controlled and regulated by the electronic unit 50.
The various support options for the immovable elements 70 can be seen in FIG. 3. The schematic representation of this figure does not show all elements of the arrangement, and the optical channel 20 is formed by the air or other gaseous medium. The gaseous medium can e.g. be advantageous for laser bundles if the bundle itself shows high coherence.
The use of a non-reflective element is shown in an example according to FIG. 4. The movable element in this case carries a mirror, which reflects at least half of the incident light. In this way, partial bundles P are created. The immovable element 70 is realized by the end part of the optical partial channels 20 min, and the movable element 62 covers part of the transmitter element 21, which also serves as a receiver element 22 for the reflected light bundle.
5, it is possible to generate several different electrical signals simultaneously using the proposed optical arrangement. As can be seen from this figure, the optical channel 20 contains a plurality of optical subchannels 20 min which limit the interruption 100. In this arrangement, the light modulation unit 60 contains a higher number of movable and immovable elements 62, 70. In the latter, light modulation surfaces 72 are formed which ensure the necessary change in the output signals. Obviously, the movable elements 62 are provided with corresponding guides 40 which ensure the necessary displacement of the movable elements 62. The output signals generated in this way can be used to regulate and control various processes.
The light modulation surfaces 72 can be designed in various ways. The design always depends on the purpose.
6, the light modulation surfaces consist of translucent material. An element with a column with width W and length L is moved in front of an opening with diameter D of another element. These two elements are arranged at a distance E from one another and the relative movement is carried out in the direction of the arrow M. The elements are covered at point 0. When the column in front of the opening moves, the light intensity 1 is measured at the output of the light modulation surfaces and recorded in a diagram according to FIG. 7. A curve 11 is created, which runs partially parallel to the abscissa. When using a column made of light reflecting material according to FIG. 8, a mirror-inverted curve 11 according to FIG. 9 is created.
Another example of the light modulation surfaces 72 can be seen in FIG. 10. One of the surfaces is rectangular and the other circular. When the surfaces are shifted relative to one another, the light intensity I changes according to FIG. 11, a curve with a straight line 12 and an inverse sine curve 13 being produced. The inverse sine curve 13 can be present both before the straight segment 12 and after the last segment.
According to FIG. 12, the light modulation surface 72 can be divided into several partial surfaces. In this arrangement, there is an interaction between a column with a width W and a length L and two openings A, B with a diameter D and a distance E. When the light modulation surfaces 72 are shifted relative to one another, the light intensity also changes according to an inverse sine curve 13 (FIG. 13).
Both different and the same light modulation surfaces 72 can be provided in the light modulation unit 60. With optional determination of the movement parameters of the guide 40 of the movable element 62, practically all desired configurations of the light intensity changes I can be guaranteed.
The mode of operation of the optical arrangement according to the invention is based on the fact that the light intensity I detected by the light detection unit 30 is proportional to the cross section of the light beam F leaving the light modulation unit 60. This means that a common average 80 of the light modulation surfaces 72 must be regulated in such a way that a change in the light intensity arises in the sense of a desired function. The change can be ensured both by movement, displacement or deformation of the elements 62, 70 and by appropriate selection of the movement parameters of the guide 40.
The output signal of the light detection unit 30 is processed by the electronic unit 50. The latter is advantageously prepared for regulating the light source 10, which means that the arrangement can also be suitable for controlling complicated processes.