DE1908573A1 - Lichtelektrische Weitwinkel-Positionsfeststellungsvorrichtung - Google Patents

Description

Dipl.-lng. A. Gri^cker

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,

Figur 2 und -3 schematische BarStellungen von verschiedenen

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

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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)

1. 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. 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.

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