DE1908573A1 - Lichtelektrische Weitwinkel-Positionsfeststellungsvorrichtung - Google Patents
Lichtelektrische Weitwinkel-PositionsfeststellungsvorrichtungInfo
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Description
D r.-ing. W. Siockmair ^VJ. r eυ'
München 22, Maximilianstr. 43
p 2325
TOKTO OPTICAL COMPANY LIMIiCED Ho. 75j Hasunuma-Cho, Itabashi-Ku
Tokyo, Japan
Lichtelektrische Weitwinkel-Positionsfeststellungevor-
richtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtelektrische
Weitwinkel-Positionsfestötellungsvorrichtung (position
detecting device; Entfernungsmesser, Ortungsvorrichtung) und insbesondere eine verbesserte lichtelektrische Veitwinkel-Pösitionsfeststellungsvorrichtung
Bit einem.kegelstumpf förmigen optischen Kondensor (condensor), der «wischen
einer Obijektiviinseneinrichtung und einer lichtelektrischen Umwandlereinrichtung angeordnet ist.
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Die Lokalisierung eines Gegenstandes» der eine Lichtquelle
oder eine Wärmequelle aufweiot, kann ohne Herstellung eines
'physikalischen Kontaktes mittels einer optischen Positions«·
festetellungsvorrichtung festgestellt werden, worin von dem
Gegenstand ausgestrahlte Strahlungsenergie durch ein optisches Kondensorsystem wirkungsvoll gesammelt und zu einen
lichtelektrischen Uowandlerelement geführt wird, um ein
elektrisches Signal zu erzeugen, das die Existenz oder Nlchtexistenz eines derartigen Gegenstandes in den Baus
anzeigt, der von dem Wahrnehmungsfeld des optischen Systeaa umfaßt wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Sohaffung einer verbesserten derartigen optischen Positionsfeststellungsvorrichtung, indem die Erfassung einee größeren Wahrnehmungefeldes ermöglicht wird, ohne daß eine Abtaetbeweguxig/ihree
optischen Systeme erforderlich ist, \u**uu
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Veranschaulichung des optischen Systems einer bekannten optischen Peststellungseinrichtung, wobei die Wirkungsprinzipien davon
veranschaulicht sind,
optischen Systemen, die in einer erfindungsgemäßen optischen Positionsfeststellungsvorrichtung anwendbar sind, und
Figur 4 und 5 schematische Seitenansichten von zwei verschiedenen kegelstumpfförmigen optischen
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Kondensoren,- die in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung anwendbar sindo
Xn den Zeichnungen sind gleiche !Teile durch gleiche Symbole und Nummern bezeichnet.
Xn Figur 1, die das optische System einer bekannten optischen PositionsfestStellungseinrichtung wiedergibt, ist L1
eine Objektivlinse, D ein lichtelektrisobes Umwandlerelement, 0 eine Lichtquelle oder eine Wärm«quelle und T du
Blickfeld des optischen Systems.
Xn diesem System wird die Licht- oder Wärmequelle 0 in dea
Blickfeld Y durch die Objektivlinse L1 unter Bildung eines
Bildes 0 auf einer Bildebene oder auf einem Anzeigebliokfeld Y* projiziert. Die Licht- oder Wärmeenergie bei de«
Bild 0* wird weiter auf die lichtempfindliche Oberfläche des lichtelektrischen Umwandlerelemente D auf dessen Lichtaufnahmefläche projiziert, so daß die von der
Licht- oder Wärmequelle 0 stammende Strahlungsenergie durch den lichtelektrischen Umwandler X) in ein elektrisches Signal zur weiteren Behandlung umgewandelt wird. In diesem Pail
hätfgt die auf das lichtelektrische Umwandlerelement D auffallende Energiemenge von dem Durchmesser der Objektivlinse
L1, der Großj der Licht- oder Wärmequelle 0, der Intensität der davon ausgestrahlten Strahlungsenergie und der Entfernung zwischen der Wärme- oder Lichtquelle 0 und der Objektiv linse -L1 ab. Die Größe des angezeigten Blickfeldes Y*
hängt von der Bronnweite der Objektivlinse L1 ab.
Die in Figur 1 veranschaulichte bekannte optische Positionsfests'aellungseinrichtung hat den Nachteil, daß es nahezu unmöglich ist, das Blickfeld Y der Einrichtung auszuweiten,
ohne das angezeigte Blickfeld Y' zu vergrößern. Tatsächlich
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/(vertex angle) ist der Scheitelwinkel afpig.1) des Blickfeldes in einer
Ebene, die durch die optische Achse der Objektivlinse L1
verläuft, gewöhnlich sehr klein, beispielsweise etwa 3°,und
demzufolge ist es zur Feststellung von Gegenständen in einem weiteren Blickfeld» beispielsweise in einen Feld mit
einem Scheitelwinkel von 20 bis 60°, erforderlich, das weitere Feld optisch abzutasten, indem eine bewegliche Feststellungseinrichtung
vorgesehen wird. Eine derartige optische Abtasteinrichtung erfordert ersichtlicherweiee βican
komplizierten.Steuermechanismus und führt «zu einer teueren
Anlage.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist somit insbesondere die Schaffung einer lichtelektrischer! Weitwinkel-Poeitionefest-Stellungsvorrichtung,
bei der das Blickfeld des optischen Systems ausgeweitet ist, indem ein neues optisches Element
eingesetzt wird, wobei keinerlei Abtasteinrichtungen erforderlich sind.
Die erfindungsgemäße lichtelektrische Positionsfestetellungevorrichtung
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 bis 5 im einzelnen erläutert.
Sie erfindungagemäße Feststellungsvorrichtung umfaßt, wie
in Figur 2 veranschaulicht, einen kegelstumpff3 neigen optischen
Kondensor P, der zwischen einer Objektivlinse L1 und
einem lichtelektrischen Umwandlerelement D in Ausrichtung mit der optiochen Achse der Objektivlinse L1 angeordnet ist.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Aueführungeform des kegelstumpf
förmigen optischen Kollektors P, der1 eine im wesentlichen
konische Gestalt mit einem Durchmesser hat, der sich allmählich in der Axialerstreckung des Kollektors von der
-4t
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Objektivlinsenseite zu der Seite dee lichtelektrieohen Uibwandlerelements verringert„ Die Bndfläche P1 des kegelstumpf förmigen Kollektore P, die der Objektivlinse L1 zugewandt ist, ist vorzugsweise sphärisch« während die entgegengesetzte Endoberfläche P2 vorzugsweise hyperboloid oder
paraboloid ist. Vorstehend ist der kegelstumpfförmige optische Kollektor P ale konisches Teil beschrieben, «r kann
jedooh auch Pyramidengestalt besitzen·
Der kegelstumpfförmige Kollektor P kann auseerden durch
Zusammerfasren/VoS dfalfaiern oder von transparenten Kunststoff fasern hergestellt werden, wie in Figur 5 veranschaulicht ist. Die Herstellung eines derartigen transparenten
Faserbündels in Kegelstumpfform kann leicht durchgeführt
werden, beispielsweise durch Erhitzen und Verstrecken eines Bündels derartiger Fasern, die vorher parallel zueinander
angeordnet worden sind.
Figur 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungeforn der
vorliegenden Erfindung, worin eine Kondensorlinse Lg zwischen einer Objektivlinse L1 und einem kegelstumpfformigen
Kollektor P in der Nähe der Bildformungeebene der Objektivlinse L1 angeordnet ist, und worin gleichzeitig ein
zylindrischer, innen reflektierender Spiegel R zwischen dem
optischen Kollektor P und einem lichtelektrischen umwandlerelement D derart angeordnet ist, daß er den Endetückteil
des optischen Kollektors P umgibt.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der erfindungsgeaäßen lichtelektrischen Y/eitwinkel-PositionsfeststellungBVorrichtung der
obigen Konstruktion beschrieben.
Gemäß Figur 2 verlaufen die Lichtstrahlen, die durch die Qbjektivlinse L1 hindurchtreten, durch den kegelstumpfföreigen
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optischen Kondensor P und in dea kegeletumpfförmigen optischen Kondensor P findet in vollkommener Weise Totalreflexion statt und die Lichtstrahlen fallen auf das lichtelektrische Umwandlerelement D. Aufgrund der Tatsache« da£ der *
optische Kondensor P eine kegelstumpffurnlge Gestalt hat,
konvergieren praktisch die gesamten Lichtstrahlen» die auf das Torderteil des optischen Kondensors P auffallen, ohne
su der Aussenseite gestreut zu werden, bevor sie dft« lichtelektrische umwandlerelement S erreichen. Mit anderen Worten, es tritt während der Fortpflanzung durch den optisohen
Kondensor P praktisch kein Verlust bei der von der Lioht-
oder Wärmequelle O ausgesandten Strahlungsenergie auf.
Gemäß Figur 3 wird das Bild O1 der Licht- oder Wärmequelle
in den Blickfeld T auf einer Bilderseugungsebene T* erecugt.
Bei dieser Ausführungsform wird das Blickfeld eine· durch
die Objektivlinse L1 erzeugten Bildes viel größer als die Dimension des liohtelektrischen Umwandlerelaments D gestaltet.
Aus diesem Grund kann die Blldforanngsebene T* nioht direkt
auf das Element D projisiert werden da sie sonst viel
größer als das lichtelektrische !ätmnil@£>elenent S ist.
Gemäß dieser spesiellen Ausführungsform der. vorliegenden
SrftBdting ist j doch eine zweite Kondezuiorlinae Lg zwischen
den optischen Kondensor P und die Objektivlinse L
um so die durch die erste Kondensorlinae L1 gebrochenen
Lichtstrahlen zu konvergieren und zu der Bildformungsebene T' vor dem kegeletumpfförmigen optischen Kondensor P mit
einer inneren Oberfläche, die Totalreflexion bewirkt, au ftthren. Auf diese Weise werden die auf die vorder· Oberfläche des kegel stumpffurmigen optischen Kondensor· P auffallenden Lichtstrahlen längs ihres Weges in den optischen
Kondensor P mehrfach reflektiert und treten an dessen Bndstüokoberfläche aus. Hit anderen Worten, die Energie der
Licht- oder Wärmequelle 0 kann in Fora von Lichtstrahlen ohne
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Abschwäohung von der geeaaten Auedehnung des Endstückes dee
Kondensor8 P auf das lichtelektrische Uiiwandlereleeent D
projieiert werden. Der sylindrieche, innen reflektierende
Spiegel R dient daeu, die Wirksamkeit der Projektion der
Llohtstrahlen von den Bndstück dee Kondensor« P auf da«
lichtelektrische Itawandlerelement D au verbessern.
Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgenäfi eine
lichtelektrische Weitwinkel-PositionsfestetellungBTorrlehtung mit einem Blickfeld (beispielsweise etwa 30°)t das
etwa zehnmal so groß ist wie das entsprechende herkuailiohe
Bliokfeld (beispielsweise etwa 3°\ lediglich durch geeignete Auswahl der Brennweiten, des Brechungsindex und dee
Kontraktionsverhkltniseea/von L1 ufid P oder von L1, L2
und P geschaffen, ohne daß der Durohnesser der Objektivlinse L1 des optischen Systena der Vorrichtung vergrößert
wird.
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Claims (2)
- PATENTANSPRÜCHE :Lichtelektrische Weitwinkel-Positionsfestetellungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet» daß ein kegelstumpf förmiger optischer Kondensor ssvischen einer Objektivlinseneinrichtung mit einem erweiterten Blickfeld und einen lichtelektrischen Umwandlerelement angeordnet'ist» wobei Energie einer licht- oder Wärmequelle in dem erweiterten Blickfeld auf eine Lichtaufnahmefläche des lichtelektrischen Umwandlerelements projiziert wird» ohne daß eine Divergenz der Energie auftritt.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kobdensorlinse zwischen der Objektivlinseneinrichtung und dem kogelstumpfförmigen Kondensor angeordnet ist und daß ein zylindrischer, innen reflektierender Spiegel zwischen dem kegelstumpf förmigen Kondensor und dem lichtelektrischen Umwandlerelenent angeordnet ist» um die Divergenz der Lichtstrahlen zu verhindern und um das Blickfeld durch Verbesserung der Konvergens der Lichtstrahlen zu erweitern.- 8 -909849/0901BAD ORIGINALLeerseite
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