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Streifenförmige Lichtquelle Die Erfindung bezieht sich auf eine streifenförmige
Lichtquelle insbesondere für Bahnabtastvorrichtungen.
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Für photoelektrische Vorrichtungen zum Abtasten von Materialbahnen
werden häufig band- oder streifenförmige Lichtquellen benötigt.
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Es ist eine Bahnabtastvorrichtung bekannt geworden, in der eine Glühlampe
mit langgezogener Wendel benutzt wird. Zwischen der Glühlampe und der Materialbahn
befindet sich ein lichtdurchlässiger, zylindrischer Stab, der von der Glühlampe
ausgesandte Strahlung erfassen und in ein auf die Materialbahn gerichtetes Lichtbündel
verwandeln soll(USA-Patentschrift 2 486 029). Langgezogene Wendeln von Glühlampen
sind infolge ihrer Sprödigkeit besonders mit zunehmender Betriebsdauer empfindlich
gegen Erschütterungen. Da Stöße oder Vibrationen bei den mit photoelektrischen Abtastvorrichtungen
ausgestatteten Maschinen häufig auftreten, entstehen oft Ausfälle der in den Abtastvorrichtungen
eingebauten Glühlampen. Eine zuverlässige Bahnüberwachung ist dadurch nicht möglich.
Erfordert das Auswechseln der Glühlampen auch die Stillsetzung der Maschine, dann
vermindert sich zusätzlich deren Wirtschaftlichkeit.
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Eine andere bekannte Bahnabtastvorrichtung enthält eine langgestreckte
Leuchtstoffröhre, die ungefähr in der Brennlinie eines die Röhre umgebenden Hohlspiegels
angeordnet sein kann.(U8A-Patentschrift f 102 475), Das von der Wellenlänge des
empfangenen Lichts abhängige Empfindlichkeitsmaximum liegt bei den als Lichtempfänger
benutzten
Photowiderständen oder Photozellen meist in einem anderen Spektralbereich als das
von den Leuchtstoffröhren ausgestrahlte Licht. Zur Anpassung des Empfindlichkeitsmaximums
an den Spektralbereich des von Leuchtstoffröhren ausgesandten Lichts sind spezielle
und daher aufwendige Photowiderstände oder Photozellen erforderlich ("Lichtempfindliche
Bauelemente für die Automatisierung" von P. Goercke, R.v. Decker's Verlag, G. Schenk,
Hamburg-Berlin-Bonn, 1960, Seite 92 und 93).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine band- oder streifenförmige
Lichtquelle zu entwickeln, die einfach aufgebaut, leicht herstell- und montierbar
und unempfindlich gegen Erschütterungen ist und Licht eines breiten Spektralbereichs
insbesondere infrarotes Licht ausstrahlen kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Licht in eine
Seitenfläche eines Lichtleitstabs einfällt und der Mantelfläche des Lichtleitstabs
ein Licht überwiegend nicht total reflektierender Streifen vorgesehen ist.
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Der Streifen kann entweder lichtdurchlässig oder lichtreflektierend
ausgebildet sein. In die Seitenfläche eines Lichtleitstabs eintretende Lichtstrahlen
treffen xf die Mantelflächen des Stabs unter Winkeln auf, die vorwiegend größer
als der Totalreflexionswinkel sind,und werden dadurch unter dem gleichen Winkel
in das Innere des Stabs zurückgeworfen. Enthält der Lichtleitstab einen Licht überwiegend
nicht total reflektierenden Streifen, der lichtdurchlässig ist, dann verlassen die
auf den Streifen fallenden Lichtstrahlen zum größten Teil den Stab. Der Streifen
bildet dadurch eine Lichtquelle. Um einen solchen Streifen zu erzeugen, kann die
Oberfläche des Lichtleitstabs an den gewünschten Stellen aufgerauht werden.
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Ist der Licht überwiegend nicht total reflektierende Streifen vorwiegend
licht-undurchlässig aber reflektierend ausgebildet, dann werden die auf den Streifen
auftreffenden Lichtstrahlen unter einem vom Auftreffwinkel verschiedenen Winkel
in das Stabinnere
zurückgeworfen. Diese Strahlen gelangen größtenteils
unter einem kleineren Winkel als dem Totalreflexionswinkel auf andere Teile der
Mantelfläche des Stabs und können diesen verlassen. Der Streifen bildet dadurch
eine Lichtquelle. Diese Lichtquellen sind einfach aufgebaut und sehr robust.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Streifen an seiner dem Inneren des Lichtleitstabs zugekehrten Seite Licht
gut reflektiert und diffus streut. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, daß die an dem Streifen reflektierten Lichtstrahlen infolge der in
bestimmtem Umfang als Zylinderlinse wirkenden runden Form des Lichtleitstabs in
bevorzugte Richtungen gelenkt werden. Dadurch ergibt sich eine gerichtete Lichtübertragung.
Auf zusätzliche Fokussiereinrichtungen zwischen Lichtquelle und Materialband kann
deshalb verzichtet werden. Durch die diffuse Streuung des Lichts an dem Streifen
vergleichmäßigt sich die Helligkeit der streifenförmigen Lichtquelle in deren Längsrichtung.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Streifen so breit
ausgebildet, daß er durch den als Zylinderlinse wirkenden Lichtleitstab betrachtet
dessen Durchmesser ganz oder näherungsweise ausfüllt. Diese Ausführungsform ist
besonders vorteilhaft, weil sie eine sehr gleichmäßige Helligkeit der Lichtquelle
längs des Lichtleitstabs liefert. Die Breite der Lichtquelle stimmt etwa mit dem
Durchmesser des Lichtleitstabs überein. Auch über die Breite gesehen ist die Helligkeit
der Lichtquelle sehr gleichmäßig. Die Lichtstrahlen treten vorwiegend aus der dem
Streifen entgegengesetzten Hälfte des Lichtleitstabs aus.
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In einer günstigen Ausführungsform besteht der Streifen aus einer
mit stark reflektierendem Pulver gefüllten Nut. Besonders vorteilhaft ist bei dieser
Ausführungsform die einfache Herstellung des Streifens und der diffusen Streuwirkung
durch das Pulver.
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Bei einer zweckmäßigen AusführungsTorm enthält die Mantelfläche des
Lichtleitstabs eine Einketbung. Durch die Einkerbung entstehen im Lichtleitstab
zusätzliche Oberflächen, auf die Strahlen unter vom Totalreflexionswinkel abweichenden
Winkeln auftreffen.
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Diese Winkel sind vorwiegend kleiner als der Xotalreflexionswinkel.
Die Lichtstrahlen können deshalb den Lichtleitstab an der Einkerbung in radialer
Richtung verlassen. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und daher leicht
und billig herstellbar.
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Eine andere, sehr zweckmäßige Ausführungsform ist so ausgebildet,
daß die eine Fläche der Einkerbung eben in radialer Richtung des Lichtleitstabs
verläuft und die andere Fläche gewölbt ist und stetig oder annähernd stetig in die
zylinderförmige Mantelfläche des Lichtleitstabs übergeht. Die auf die gewölbte Fläche
der Einkerbung auftreffenden Lichtstrahlen werden vorwiegend ebenso wie die auf
die Mantelfläche des Lichtleitstabs gelangenden Strahlen totalreflektiert. Die auf
die ebene Fläche der Einkerbung auftreffenden Lichtstrahlen werden in Richtung der
Normalen auf diese Fläche gebrochen und verlassen den Lichtleitstab. Nach dem Verlassen
des Lichtleitstabs verlaufen diese Lichtstrahlen in bevorzugten Richtungen. Es entsteht
dadurch eine gerichtete Lichtübertragung. Ein besonderer Vorteil dieser einfachen
und deshalb leicht herstellbaren Ausführungsform ist darin zu sehen, daß eigene
Fokussiervorrichtungen zwischen Lichtquelle und Materialbahnen eingespart werden
können.
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Bei einer anderen sehr günstigen Ausführungsform ist an der nicht
der Beleuchtungsvorrichtung zugekehrten Seitenfläche des Lichtleitstabs ein Spiegel
angeordnet. Der Spiegel wirft die Lichtstrahlen in das Innere des Lichtleitstabs
zurück. Dadurch wird vorteilhafterweise die Lichtausbeute der streifen- oder bandformigen
Lichtquelle erhöht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Leuchte
und der beleuchteten Seitenfläche des Lichtleitstabs eine
Optik
angeordnet. Die Lichtquelle kann bei dieser Ausführungsform in größerer Entfernung
vom Lichtleitstab angebracht sein.
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Dies ist zweckmäßig, um bei starker Wärmeentwicklung der Lichtquelle
das Erwärmen des Lichtleitstabs zu verhindern. Manche aus organischen Stoffen aufgebaute
Lichtleitstäbe werden nämlich bei erhöhten Temperaturen beschädigt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit Zeichnungen.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer aus Leuchte, Optik und Lichtleitstab
bestehenden Anordnung mit dem Lichtleitstab im Längsschnitt; Fig. 2 einen Querschnitt
des in Fig. 1 dargestellten Lichtleitstabs; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht
eines Lichtleitstabs mit einer Einkerbung.
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Eine Leuchte 1 ist in Achsrichtung einer aus den beiden Linsen 2 und
2a bestehenden Optik etwas außerhalb des Brennpunkts angeordnet. Ein zylinderförmiger
Lichtleitstab 3 schließt sich in einiger Entfernung von der Optik in deren Achsrichtung
an. In die Mantelfläche 4 des Lichtleitstabs 3 ist eine Nut 5 eingefräst. Die Nut
5 ist mit Magnesiumoxydpulver ausgefüllt. An dem der Optik entgegengesetzten Ende
des Lichtleitstabs 3 ist auf der Oberfläche eine spiegelnde Schicht 6 aufgebracht.
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Ein von der Leuchte 1 ausgehendes Strahlenbündel, dessen Begrenzung
durch die Lichtstrahlen 7, 8 angedeutet ist, tritt zuerst durch die Linsen 2 und
2a hindurch und anschließend durch die Seitenfläche 9 in den Lichtstab 3 ein. Da
die Leuchte 1 keine rein punktförmige Lichtquelle ist, kann sie etwa im Brennpunkt
der aus den Linsen 2 und 2a zusammengesetzten Optik stehen, und die meisten Lichtstrahlen
treffen dann, wie an Hand der eingezeichneten Strahlen 7, 8 zu erkennen ist, nicht
senkrecht auf die Fläche 9 auf und werden beim Eintritt in den Stab 3 gebrochen.
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Die schräg zur Achse des Lichtleitstabes verlaufenden Strahlen gelangen
in gleicher Weise wie die gezeigten Strahlen 7, 8 an die Mantelfläche 4. Die Abstände
zwischen den einzelnen Abschnitten der. nicht punktförmigen Leuchte 1 und dem Brennpunkt
der die Linsen 2 und 2a enthaltenden Optik sind klein, so daß die in den Lichtleitstab
3 einfallenden Strahlen, wie dem Strahlengang von 7 und 8 zu entnehmen ist, unter
einem Winkel auf die Manteloberfläche 4 auftreffen, der größer als der Winkel der
Totalreflexion ist. Der Winkel unter dem diFe Strahlen 7 bzw. 8 auf die Mantelfläche
auftreffen ist mit 9 bzw. 10 gekennzeichnet. Ist die oben beschriebene Bedingung
erfüllt, dann werden die Lichtstrahlen, wie an Hand der Strahlen 7 und 8 dargestellt
ist, unter einem gleich großen Winkel wie dem Auftreffwinkel in das Innere des Stabs
3 zurückgeworfen. Ein weil der Lichtstrahlen trifft dann wieder auf eine andere
Stelle der Mantelfläche 4 auf und wird dort erneut totalreflektiert.
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Ein anderer Teil der Lichtstrahlen, wie das durch die Strahlen 7 und
8 eingeschlossene Lichtbündel, fällt auf das Magnesiumoxydpulver in der Nut 5. Diese
Lichtstrahlen werden nflsktiert und diffus gestreut. Ein Teil der reflektierten
Lichtstrahlen ist durch Linien 11 dargestellt. Aus dem Verlauf der Strahlen 11 ist
zu erkennen, daß die Strahlen auf die Mantelfläche 4 unter Winkeln auftreffen, die
kleiner als der Winkel der Totalreflexion sind. Diese Strahlen verlassen, wie durch
die Linien 11 gezeigt, den Lichtleitetab 4.
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In Fig. 2 sind Lichtstrahlen 12, 13 dargestellt, die an der Nut 5
reflektiert werden und auf die Mantolflächs 4 unter Winkeln auftreffen, die kleiner
sind als der Totalreflefionswinkel. Die Strahlen 12, 13 können daher den Stab 3
verlassen. Ein weiterer Lichtstrahl 14 trifft die Mantelfläche 4 unter einem Winkel,
der größer als der Totalreflexionswinkel ist. Der Lichtstrahl 14 wird demnach in
das Innere des Stabs 3 zurückgeworfen. Die Reflexionen des Lichtstrahls 14 wiederholen
sich so oft, bis er wieder auf die Nut 5 auftrifft und unter einem anderen als des
Auftreffwinkel reflektiert wird. Ist dieser neue Reflexionswinkel groß
genug,
um den Lichtstrahl 14 unter einem kleineren als dem Reflexionswinkel gegen die Mantelfläche
zu leiten, dann verläßt der Strahl 14 den Stab 3.
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Aus der Fig.2 ist noch zu erkennen, daß die Lichtstrahlen1 s.B 12,
13, 14 infolge der in gewissem Umfang als Zylinderlinse wirkenden Form den Stab
3 in bevorzugten Richtungen verlassen.
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In Pig. 3 ist ein Lichtleitstab 15 mit einer Einkerbung gezeigt, deren
eine Fläche 16 eben und radial verläuft, während die andere Fläche 17 gewölbt ist
und stetig in die Mantelfläche 18 des Lichtleitstabs 15 übergeht.