DE19626448A1

DE19626448A1 - Measuring position and extent of object using optical radiation

Info

Publication number: DE19626448A1
Application number: DE1996126448
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Zimmermann; Ruediger Dr Grunwald
Original assignee: GOS GES ZUR FOERDERUNG ANGEWAN; INGBUERO fur SPEZIALTECHNIK I
Current assignee: GOS GES ZUR FOERDERUNG ANGEWAN; INGBUERO fur SPEZIALTECHNIK I
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-02

Abstract

The method uses a preferably monochromatic optical signal as a measurement beam. The beam is controlled by the object and is directed to laterally coupling optical waveguide. The lateral position of the incident radiation is taken from the position dependent different spectral, temporal fluorescence, damping or coupling behaviour of the incident radiation. Alternatively the beam may carry out a scanning movement over the waveguide. The lateral position and extent of the object can be taken from the temporal behaviour of the incident radiation. Alternatively, the beam can be continually or discretely spectrally encoded. The lateral position and/or the extent of the object can be taken from the spectral behaviour of the incident radiation. The apparatus includes one fibre sensor, optical detector and associated analysis electronics. The waveguide is used as the fibre sensor. The beam may be generated by a laser diode. Optical detectors are coupled to the fibre ends either directly or via further waveguides. The output signals of the detectors are analysed and used to determine the position and/or extent of the object.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur ortsaufgelösten Detektion von Licht zum Zwecke der optischen Messung von Lage- und Bewegungs parametern, insbesondere von Systemzuständen, Ausdehnungen und Geschwin digkeiten schwer zugänglicher Objekte.The invention relates to methods and arrangements for spatially resolved detection of light for the purpose of optically measuring position and movement parameters, in particular of system states, dimensions and speed objects that are difficult to access.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen faseroptischen Sensor der durch den Oberbegriff festgelegten Gattung so auszubilden, daß er eine Messung der örtlichen Position oder Ausdehnung eines beliebigen Meßobjektes anhand einer von diesem Meßobjekt hervorgerufenen oder veränderten beleuchteten oder abgeschatteten Zone auf dem Fasersensor erlaubt.The object of the present invention is to provide a fiber optic sensor trained by the generic term so that it is a measurement based on the local position or extent of any measurement object an illuminated or shaded zone allowed on the fiber sensor.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den jeweils in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche angegebenen Merkmalen.The invention solves this problem with the respective parts of the features specified.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fasersensors sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the fiber sensor according to the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß Lichtwellenleiter mit teilweise gestörter Wellenleitung einen gewissen Anteil seitlich einfallenden Lichtes in ihrem Faserkern weiterleiten können. Erfindungsgemäß wird eine kontinuierliche oder diskrete Ortsauflösung entlang der Meßstrecke dadurch erreicht, daß entweder ein anregendes vorzugsweise monochromatisches Lichtsignal als Meßstrahl dient und auf mindestens einen seitlich einkoppelnden Lichtwellenleiter gerichtet wird, wobei die laterale Position der einfallenden Strahlung aus dem positionsabhängigen unterschiedlichen spektralen, zeitlichen, Fluoreszenz-, Dämpfungs- oder Einkoppelverhalten der einfallenden Strahlung abgeleitet wird, oder dadurch, daß der Meßstrahl selbst (kontinuierlich oder diskret) örtlich spektral codiert ist und mit Hilfe des seitlich einkoppelnden Lichtwellenleiters diese Information zum Detektor gelangt und zur Auswertung gebracht wird. Das Meßobjekt kann den Meßstrahl entweder direkt positionieren bzw. beeinflussen oder durch Abschattung eines örtlich ausgedehnten Meßstrahls indirekt die Meßgröße auf den Fasersensor abbilden.The invention includes the knowledge that optical fibers with partial disturbed waveguide a certain proportion of laterally incident light in their Can forward fiber core. According to the invention, a continuous or discrete spatial resolution along the measuring path is achieved by either a stimulating preferably monochromatic light signal serves as a measuring beam and is directed to at least one laterally coupling optical waveguide, wherein the lateral position of the incident radiation from the position dependent different spectral, temporal, fluorescence, attenuation or Coupling behavior of the incident radiation is derived, or in that the measuring beam itself (continuously or discrete) is locally spectrally coded and with With the help of the laterally coupling optical fiber, this information to the detector reached and brought to the evaluation. The measurement object can use the measurement beam either position or influence directly or by shading one locally extended measuring beam indirectly the measured variable on the fiber sensor depict.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is shown schematically below with reference to the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen optischen Fasersensor zur Objekterkennung nach der Erfindung, Fig. 1 is an optical fiber sensor for object recognition according to the invention,

Fig. 2 eine Anordnung zur Absicherung einer Fläche mit gleichzeitiger Objektgrößenbestimmung auf der Basis von zwei optischen Fasersensoren zur Objekterkennung nach der Erfindung, Fig. 2 shows an arrangement for securing a surface with simultaneous object size determination on the basis of two optical fiber sensors for object recognition according to the invention,

Fig. 3 einen optischen Fasersensor zur Positionsbestimmung eines Lichtflecks nach der Erfindung, Fig. 3 shows an optical fiber sensor for determining the position of a light spot according to the invention,

Fig. 4 Ausführungsbeispiele von Lichtwellenleiter mit punktuell gestörter Wellenleitung, Fig. 4 embodiments of optical waveguide having selectively disturbed waveguide,

Fig. 5 einen optischen Fasersensor zur Längen- oder Positionsbestimmung, Fig. 5 is an optical fiber sensor for the length or position determination,

Fig. 6 einen optischen Fasersensor entsprechend der Fig. 5 bei Verwendung eines Laserscanners, Fig. 6 shows an optical fiber sensor according to the Fig. 5, when a laser scanner,

Fig. 7 einen optischen Fasersensor zur Längen- oder Positionsbestimmung unter Verwendung eines Codelineals. Fig. 7 is an optical fiber sensor for the length or position determination using a linear encoder.

Fig. 8 Prinzip eines optischen Fasersensors mit spektral codiertem Meßstrahl Fig. 8 Principle of an optical fiber sensor with spectrally coded measuring beam

Fig. 9 einen optischen Fasersensor mit spektral codiertem Meßstrahl unter Verwendung von zwei Diodenlasern. Fig. 9 an optical fiber sensor with spectrally encoded measuring beam using two diode lasers.

Die Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführungsform der Erfindung, die einen optischen Fasersensor zur Objekterkennung verwendet, wobei gleichzeitig die Ausdehnung und Geschwindigkeit des Objektes in paralleler Richtung zum Fasersensor erfaßt werden kann, wenn der Abstand zwischen dem Objekt und dem Fasersensor bekannt ist. Fig. 1 shows a simple embodiment of the invention, which uses an optical fiber sensor for object detection, wherein the extent and speed of the object in the direction parallel to the fiber sensor can be detected if the distance between the object and the fiber sensor is known.

Der von einem Laserscanner 10 (bestehend aus Diodenlaser 10a mit Linienoptik 10b, rotierendem Laserspiegel 10c und Scanner-Motor 10d) emittierte Laserstrahl 9 trifft zunächst auf die seitlich einkoppelnde Lichtleitfaser 2a, die den entsprechenden Lichtimpuls über die Lichtleitfaser 2b und den optischen Schmitt-Detektor 4 in einen TTL-Referenzimpuls umsetzt. Die ebenfalls seitlich einkop pelnde Lichtleitfaser 1a dient als lateraler Lichtempfänger für den scannenden Laserstrahl 9. Wenn sich ein Meßobjekt innerhalb des Scannbereiches zwischen der Faser 1a und dem Laserscanner 10 befindet, erfolgt in Abhängigkeit der Objektgröße und seines Abstandes zur Lichtleitfaser 1a eine Abschattung des scannenden Laserstrahls 9 auf der Lichtleitfaser 1a (Schattenausdehnung "x"), d. h. auf einem Oszillographen 12, an dessen y-Platten die vom optischen Detektor 3 gelieferten Spannungssignale anliegen und der mit dem Schmitt-Detektor-Signal (4) getriggert wird, wird die Länge x und die Position der Abschattung in eine entsprechende Zeitabhängigkeit transformiert und sichtbar gemacht. Mit Hilfe des Analog/Digital-Umsetzers 6 können die Detektorsignale von 3 auch direkt auf einen Controller 7 gegeben werden, in dem aus der Zeitdifferenz zwischen dem Triggerimpuls von 4 und der Intensitätsflanke des Meßsignals von 3 (Beginn der Abschattung) die Objektposition ermittelt wird und die Zeitdifferenz zwischen den beiden Intensitätsflanken des Meßsignals von 3 die Berechnungsgrundlage für die Länge x (Objektgröße) bildet. Die erhaltenen Meß- bzw. Berechnungsergebnisse können beispielsweise über eine serielle Schnittstelle (RS 232) oder einen entsprechenden Analogausgang bereitgestellt werden.The laser beam 9 emitted by a laser scanner 10 (consisting of diode laser 10 a with line optics 10 b, rotating laser mirror 10 c and scanner motor 10 d) first strikes the laterally coupling optical fiber 2 a, which transmits the corresponding light pulse via the optical fiber 2 b and converts the optical Schmitt detector 4 into a TTL reference pulse. Which also laterally einkop pelnde optical fiber 1 serving as a lateral light receiver for the scanning laser beam. 9 If there is a measurement object within the scanning area between the fiber 1 a and the laser scanner 10 , depending on the object size and its distance from the optical fiber 1 a, the scanning laser beam 9 is shaded on the optical fiber 1 a (shadow extension "x"), ie on the length x and the position of the shading are transformed into a corresponding time dependency and made visible to an oscillograph 12 , on the y plates of which the voltage signals supplied by the optical detector 3 are present and which is triggered by the Schmitt detector signal ( 4 ). With the aid of the analog / digital converter 6 , the detector signals from 3 can also be passed directly to a controller 7 , in which the object position is determined from the time difference between the trigger pulse from 4 and the intensity edge of the measurement signal from 3 (start of shadowing) the time difference between the two intensity edges of the measurement signal of 3 forms the basis for the calculation of the length x (object size). The measurement or calculation results obtained can be provided, for example, via a serial interface (RS 232) or a corresponding analog output.

Zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses sowie einer stärkeren Fremd lichtunterdrückung kann der Meßstrahl 9 des Diodenlasers 10a mit Hilfe eines Signalgenerators 11 mit der Frequenz f moduliert werden, so daß eine frequenz selektive Verstärkung (in 5) des Meßsignals von 3 realisiert werden kann. Die Modulationsfrequenz f sollte im Vergleich zur Scannerfrequenz dabei sehr groß gewählt werden.To improve the signal-to-noise ratio and a stronger external light suppression, the measuring beam 9 of the diode laser 10 a can be modulated with the aid of a signal generator 11 at the frequency f, so that a frequency-selective amplification (in FIG. 5 ) of the measuring signal of FIG. 3 can be realized . The modulation frequency f should be chosen to be very large compared to the scanner frequency.

Die seitlich einkoppelnden Lichtleitfasern 1a und 2a können entweder direkt mit den Detektoren 3 und 4 verbunden werden oder über die Faserkoppler 1c und 2c an "normale" Lichtleitfasern 1b und 2b gekoppelt werden. Zur Vergrößerung der Intensität des Meßsignals kann ein faseroptischer Reflektor 1f am Ende der seitlich einkoppelnden Lichtleitfaser 1a angeordnet werden.The side coupling optical fibers 1 a and 2 a can either be connected directly to the detectors 3 and 4 or coupled to "normal" optical fibers 1 b and 2 b via the fiber couplers 1 c and 2 c. To increase the intensity of the measurement signal, a fiber optic reflector 1 f can be arranged at the end of the laterally coupling optical fiber 1 a.

In Fig. 2 ist eine Anordnung zur Absicherung oder Beobachtung einer Fläche mit gleichzeitiger Objektgrößenbestimmung auf der Basis des in Fig. 1 beschriebenen Funktionsprinzips schematisch dargestellt. FIG. 2 schematically shows an arrangement for safeguarding or observing an area with simultaneous object size determination on the basis of the functional principle described in FIG. 1.

Wenn sich ein Objekt innerhalb der abzusichernden Fläche befindet, werden entsprechend dem zuvor in Fig. 1 beschriebenen Prinzip mit den Laserscannern 10 und 11 Schatten dieses Objektes auf den seitlich einkoppelnden Lichtleitfasern 1a und 2a erzeugt die in eine entsprechende Zeitabhängigkeit der Ausgangssignale der Detektoren 3 und 4 transformiert werden. Durch die optischen Schmalbandfilter 5 und 6 (abgestimmt auf die Wellenlängen λ₁ und λ₂ der beiden Laserscanner) wird der Streulichteinfluß sowie das Übersprechen zwischen den beiden Sensor systemen reduziert. Mit einer geänderten geometrischen Scanner-und Sensor anordnung könnte ein Übersprechen ebenfalls verhindert werden (z. B. durch eine symmetrische Anordnung mit den beiden Scannern in gegenüberliegenden diagonalen Eckpunkten). Im Controller 7 erfolgt die rechentechnische Verarbeitung der von den Detektoren 3 und 4 generierten Meßsignale unter Verwendung von entsprechenden Triggerimpulsen der beiden Laserscanner, woraus sich die Position und x-y-Ausdehnung des Objektes eindeutig ermittelt läßt.If an object is located within the area to be protected, shadows of this object are generated on the laterally coupling optical fibers 1 a and 2 a using the laser scanners 10 and 11 in accordance with the principle previously described in FIG. 1 , and the corresponding output signals of the detectors 3 are time-dependent and 4 are transformed. Through the optical narrow band filters 5 and 6 (matched to the wavelengths λ₁ and λ₂ of the two laser scanners), the influence of stray light and crosstalk between the two sensor systems is reduced. With a modified geometric scanner and sensor arrangement, crosstalk could also be prevented (e.g. by a symmetrical arrangement with the two scanners in opposite diagonal corner points). In the controller 7 , the computational processing of the measurement signals generated by the detectors 3 and 4 takes place using corresponding trigger pulses from the two laser scanners, from which the position and xy extent of the object can be clearly determined.

Die Fig. 3 zeigt einen einfachen Fasersensor zur Positionsbestimmung eines Lichtfleckes nach der Erfindung. FIG. 3 shows a simple fiber sensor for determining the position of a light spot according to the invention.

Der von einem Diodenlaser 10 ausgesendete Lichtstrahl 9 trifft auf den Fasersensor bei der Position x. Die seitlich einkoppelnde Lichtleitfaser 1a ist hinter einer Zylinderoptik in Gestalt eines transparenten Plexiglasstabes 1b mit Hilfe eines mechanischen Trägers 1d angeordnet, um eine höhere Einkoppeleffizienz zu erzielen. Die in die Lichtleitfaser 1a eingekoppelte Diodenlaserstrahlung 9 breitet sich in beiden Faserrichtungen aus und wird über die Lichtleitfasern 2 auf die optischen Detektoren 3 und 4 gegeben. Nach frequenzselektiver Verstärkung in 5 entsprechend der Modulationsfrequenz f des Diodenlasers und einer Analog/Digital-Umsetzung der Meßsignale in 6 schließt sich die Meßwertverarbeitung im Controller 7 an. Infolge der relativ starken Dämpfung in der seitlich einkoppelnden Lichtleitfaser 1a kann mit Hilfe der BeziehungThe light beam 9 emitted by a diode laser 10 strikes the fiber sensor at position x. The side coupling optical fiber 1 a is arranged behind a cylinder optics in the form of a transparent plexiglass rod 1 b with the help of a mechanical support 1 d in order to achieve a higher coupling efficiency. The diode laser radiation 9 coupled into the optical fiber 1 a propagates in both fiber directions and is applied to the optical detectors 3 and 4 via the optical fibers 2 . After frequency-selective amplification in FIG. 5 corresponding to the modulation frequency f of the diode laser and an analog / digital conversion of the measurement signals in FIG. 6 , the measurement value processing in the controller 7 follows. Due to the relatively strong attenuation in the laterally coupling optical fiber 1 a can with the help of the relationship

log(I₃/I₄) = L/x-1log (I₃ / I₄) = L / x-1

die Position x des Laserstrahls 9 aus den Meßwerten der Detektoren 3 und 4 (I₃ und I₄) ermittelt werden. Hierbei wurden die Koppelverluste und die Dämpfung in den Lichtleitfasern 2 vernachlässigt. Nach entsprechender Auswertung im Controller 7 kann die Ausgabe der Position x auf dem Display 8 bzw. als analoger oder digitaler Meßwert über die hierfür vorgesehenen Ausgänge am Controller 7 erfolgen.the position x of the laser beam 9 can be determined from the measured values of the detectors 3 and 4 (I₃ and I₄). The coupling losses and the attenuation in the optical fibers 2 were neglected here. After appropriate evaluation in the controller 7 , the position x can be output on the display 8 or as an analog or digital measured value via the outputs provided on the controller 7 .

Zur besseren Fremdlichtunterdrückung können zusätzlich optische Schmalband filter vor den Detektoren 3 und 4 angeordnet werden.For better suppression of extraneous light, additional optical narrow-band filters can be arranged in front of detectors 3 and 4 .

Anstelle der direkten Modulation des Lasers 10 kann auch auch eine Ablenkung des Laserstrahls 9 in Form einer Schwingungs- oder Rotationsbewegung mit der Frequenz f zum Einsatz kommen. Instead of direct modulation of the laser 10 , a deflection of the laser beam 9 in the form of an oscillatory or rotational movement with the frequency f can also be used.

Höhere Genauigkeiten der Positionsmessung lassen sich mit Phasendifferenz messungen realisieren. Hierzu wird der Laser 10 mit einem Hochfrequenzgenerator 11 moduliert, wobei vorzugsweise Sinusgeneratoren verwendet werden. Die von den schnellen Detektoren 3 und 4 gelieferten Ausgangssignale werden verstärkt und einer anschließenden Phasendifferenzmessung unterzogen. Aus dieser gemessenen Phasendifferenz Δϕ kann die Position x des Laserstrahls auf dem Fasersensor mit Hilfe des ZusammenhangsHigher accuracy of the position measurement can be achieved with phase difference measurements. For this purpose, the laser 10 is modulated with a high-frequency generator 11 , preferably using sine-wave generators. The output signals supplied by the fast detectors 3 and 4 are amplified and subjected to a subsequent phase difference measurement. From this measured phase difference Δϕ, the position x of the laser beam on the fiber sensor can be determined using the relationship

x = L/2-(c.Δϕ)/(8π·f·n)x = L / 2- (c.Δϕ) / (8π · f · n)

mit c Vakuumlichtgeschwindigkeit und
n Brechungsindex der Lichtleitfaser
ermittelt werden. Beispielsweise würde sich bei einer Modulationsfrequenz f von 20 MHz und einem Brechungsindex von n = 1,5 die Position x in einem Bereich von etwa 5 m eindeutig bestimmen lassen (maximale Länge L des Fasersensors). Die relativen Meßfehler bei diesem Verfahren betragen i.a. weniger als 0,2%. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß die seitlich einkoppelnden Fasern selbstverständlich auch entsprechend ihren zulässigen Krümmungsradien in beliebiger Weise geformt werden können. Beispielsweise kann eine ebene Faserspirale verwendet werden, wenn die Position eines Lichtflecks auf einer ebenen Fläche (z. B. Kreisfläche) ermittelt werden soll, in dem aus der gemessenen lateralen Position auf der (Einzel-)Faser die gesuchte Flächenposition berechnet wird.with c vacuum light speed and
n Refractive index of the optical fiber
be determined. For example, with a modulation frequency f of 20 MHz and a refractive index of n = 1.5, the position x could be clearly determined in a range of approximately 5 m (maximum length L of the fiber sensor). The relative measurement errors in this method are generally less than 0.2%. It should be noted at this point that the laterally coupling fibers can of course also be shaped in any way according to their permissible radii of curvature. For example, a flat fiber spiral can be used if the position of a light spot on a flat surface (e.g. circular surface) is to be determined by calculating the desired surface position from the measured lateral position on the (single) fiber.

In Fig. 4 sind verschiedene Varianten von punktuell seitlich ein- bzw. auskop pelnden Lichtleitfasern schematisch dargestellt.In Fig. 4 different variants of selectively laterally in or out coupling optical fibers are shown schematically.

Die Variante 1a resultiert aus der Aufbringung einzelner Koppelpunkte auf die Lichtleitfaser, wobei eine annähernd halbkugelförmige Materialabscheidung bevorzugt wird. Wenn es sich beispielsweise um eine Kunststoffaser handelt, können derartige Koppelpunkte durch die Abscheidung flüssiger Kunstofftropfen aus einer entsprechenden Dosiereinrichtung realisiert werden. Die Varianten 1b und 1c können durch abtragende Bearbeitungsverfahren, wie Schleifen, Ritzen, Sägen usw., erzeugt werden.The variant 1 a results from the application of individual coupling points on the optical fiber, an approximately hemispherical material deposition being preferred. If, for example, a plastic fiber is involved, such coupling points can be realized by separating liquid plastic drops from a corresponding metering device. Variants 1 b and 1 c can be created by abrasive machining processes such as grinding, scoring, sawing, etc.

Die Fig. 5 und 6 zeigen einen Fasersensor nach der Erfindung zur Bestimmung der absoluten Position eines Laserlichtflecks unter Verwendung punktuell seitlich einkoppelnder Lichtleitfasern 2. Die geometrische Anordnung der Koppelpunkte 2d und der Fasern 2 erfolgt dabei in Form einer digitalen Codierung in Analogie zu entsprechenden linearen Glasmaßstäben. FIGS. 5 and 6 show a fiber sensor according to the invention for determining the absolute position of a spot of laser light using optical fibers selectively laterally einkoppelnder. 2 The geometric arrangement of the coupling points 2 d and the fibers 2 takes place in the form of a digital coding in analogy to corresponding linear glass scales.

In der Fig. 5 wird der vom Laser 10a emittierte Strahl 9 mittels der konkaven Zylinderlinse 10b (Linienoptik) in einen horizontalen Lichtstreifen transformiert. Entsprechend der binären Codierung der Einkoppelpunkte 2d ergeben sich ebenso codierte Spannungssignale an den optischen Detektoren 3, die im Controller 7 decodiert werden und auf dem Display 8 den Positionswert des Laserstrahls auf dem Fasersensor liefern. Durch Anwendung von Modulationstechniken und optischen Filtern läßt sich die Empfindlichkeit steigern und der störende Fremdlicht einfluß minimieren.In FIG. 5, the b from the laser 10 a emitted beam 9 by means of the concave cylindrical lens 10 (line optics) is transformed into a horizontal strip of light. Corresponding to the binary coding of the coupling-in points 2 d, there are likewise coded voltage signals at the optical detectors 3 , which are decoded in the controller 7 and on the display 8 deliver the position value of the laser beam on the fiber sensor. By using modulation techniques and optical filters, the sensitivity can be increased and the disturbing extraneous light can be minimized.

Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der ein mit der Frequenz f horizontal rotieren der Laserstrahl 9 mit Hilfe des ebenfalls rotierenden Prismas 18 erzeugt wird und die binäre Codierung des Fasersensors abtastet. Nach entsprechender frequenz selektiver Schmalbandverstärkung der Detektorsignale kann eine in Fig. 5 beschriebene Signalverarbeitung und -ausgabe erfolgen. FIG. 6 shows an arrangement in which a laser beam 9 rotating horizontally at the frequency f is generated with the aid of the likewise rotating prism 18 and scans the binary coding of the fiber sensor. After corresponding frequency selective narrowband amplification of the detector signals , signal processing and output described in FIG. 5 can take place.

Die Fig. 7 zeigt einen optischen Fasersensor, der wie in den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden könnte, der jedoch anstelle der punktuell seitlich einkoppelnden Lichtleitfasern eine Lochmaske 1g in der Art eines Codelineals mit darunter angeordneten seitlich einkoppelnden Lichtleitfasern 1d verwendet. Die Lochmaske 1g kann selbstverständlich auch eine entsprechend bedampfte transparente optische Platte sein. Fig. 7 shows an optical fiber sensor, which could be used as in the two previous exemplary embodiments, but which uses a shadow mask 1 g in the manner of a code ruler with lateral coupling optical fibers 1 d arranged underneath it instead of the optical fibers which are laterally coupled in at the side. The shadow mask 1 g can of course also be a correspondingly vapor-coated transparent optical plate.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Lochmaske 1g auch durch einen SLM (spatial light modulator) ersetzt werden kann und hiermit Komponenten eines optischen Bussystems realisiert werden könnten.It should be noted that the shadow mask 1 g can also be replaced by an SLM (spatial light modulator) and components of an optical bus system could be realized with this.

Die Ausführungsbeispiele in den Fig. 8 und 9 sind Anordnungen nach der Erfindung, bei denen der Meßstrahl selbst spektral codiert ist und diese Codierung durch teilweise Abschattung aufgrund eines im Meßstrahl befindlichen Meßobjek tes verändert und im Sensor nachgewiesen wird.The exemplary embodiments in FIGS. 8 and 9 are arrangements according to the invention in which the measuring beam itself is spectrally coded and this coding is changed by partial shadowing due to a measuring object in the measuring beam and is detected in the sensor.

In der Fig. 8 tritt die Strahlung einer breitbandigen Lichtquelle 10 durch ein Verlaufsfilter 14, vorzugsweise ein Verlaufsinterferenzfilter, und trifft auf die seitlich einkoppelnde Lichtleitfaser 1a, die über den Koppler 1c mit der Lichtleitfaser 1b verbunden ist. Die Faser 1b kann beispielsweise mit einem kommerziell erhält lichen Farbsensor oder einem Spektrometer gekoppelt werden, um aus der spektralen Information die zugehörige Länge x abzuleiten (Die Länge x ist die vom Meßobjekt 13 auf der seitlich einkoppelnden Lichtleitfaser 1a erzeugte Abschat tung).In FIG. 8, the radiation from a broadband light source 10 passes through a gradient filter 14 , preferably a gradient interference filter, and strikes the laterally coupling optical fiber 1 a, which is connected to the optical fiber 1 b via the coupler 1 c. The fiber 1 b can, for example, be coupled to a commercially available color sensor or a spectrometer in order to derive the associated length x from the spectral information (the length x is the shielding generated by the measurement object 13 on the laterally coupling optical fiber 1 a).

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 wird die spektrale Codierung des Meßstrahls durch zwei Diodenlaser unterschiedlicher Emissionswellenlänge (λ₁ und λ₂), dem dielektrischen Strahlteiler 12 und den Schlitzblenden 17 und 18 hervorgerufen. Dabei wird ausgenutzt, daß die Ausgangsintensität der Diodenlaser annähernd einer Gaußverteilung genügt. Mit Hilfe der Blenden 17 und 18 läßt sich diese in eine asymmetrische Verteilung transformieren, so daß sich die in Fig. 9 oben dargestellte laterale Intensitätsverteilung entlang der seitlich einkoppelnden Lichtleitfaser 1a ergibt. Die Zylinderlinse 15 dient der Strahlaufweitung in Richtung der Faser 1a. Wenn ein Meßobjekt 13 einen Teil des auf die Faser 1a treffenden Meßstrahls abschattet, ändert sich das Verhältnis der zu den Diodenlaserwellen längen gehörigen Intensitäten I (λ₁) und I (λ₂) in der Faser 1a. Diese Änderung kann mit Hilfe des zu 12 analogen Strahlteilers 16 und den Detektoren 3 und 4 nachgewiesen werden. Die anschließende Meßwertverarbeitung und -auswertung im Controler 7 liefert die Länge x der Abschattung, wobei eindeutige Ergebnisse in diesem Ausführungsbeispiel nur bei einseitiger Abschattung (z. B. Füllstands messung) zu erwarten sind. Selbstverständlich kann der Fremdlichteinfluß auch in diesem Ausführungsbeispiel durch diverse opto-elektronische Modulations- und Nachweistechniken sowie den Einsatz von optischen Schmalbandfiltern erheblich reduziert werden.In the embodiment of FIG. 9, the spectral coding of the measuring beam is caused by two diode lasers of different emission wavelengths (λ₁ and λ₂), the dielectric beam splitter 12 and the slit diaphragms 17 and 18 . This takes advantage of the fact that the output intensity of the diode lasers approximately meets a Gaussian distribution. With the aid of the diaphragms 17 and 18 , this can be transformed into an asymmetrical distribution, so that the lateral intensity distribution shown above in FIG. 9 results along the laterally coupling optical fiber 1 a. The cylindrical lens 15 serves to expand the beam in the direction of the fiber 1 a. If a measurement object 13 shades a part of the measuring beam striking the fiber 1 a, the ratio of the intensities I (λ 1 ) and I (λ 2) belonging to the diode laser waves changes in the fiber 1 a. This change can be detected with the aid of the beam splitter 16 , which is analogous to 12, and the detectors 3 and 4 . The subsequent processing and evaluation of measured values in the controller 7 provides the length x of the shading, with clear results in this exemplary embodiment only being expected in the case of one-sided shading (eg level measurement). Of course, the influence of extraneous light can also be considerably reduced in this exemplary embodiment by means of various optoelectronic modulation and detection techniques and the use of optical narrowband filters.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The embodiment of the invention is not limited to the above specified preferred embodiments. Rather is a number of Variants conceivable, which of the solution shown also in principle makes use of different types.

Claims

1. A method for measuring the position and / or extent of an object using optical radiation, characterized in that a preferably monochromatic optical signal serves as a measuring beam; which is directly influenced or controlled by the measurement object and is directed at at least one laterally coupling-in optical waveguide, the lateral position of the incident radiation being derived from the position-dependent different spectral, temporal, fluorescence, attenuation or coupling behavior of the incident radiation.

2. Method for measuring the position and / or extent of an object using optical radiation, characterized in that a preferably monochromatic optical signal serves as a measuring beam, is directed to at least one laterally coupling optical waveguide and performs a scanning motion over it, the lateral position and expansion of the measurement object from the temporal behavior of the incident radiation is derived.

3. Method for measuring the position and / or extent of an object using optical radiation, characterized in that an optical signal serves as a measuring beam, which is continuous or discrete is locally spectrally coded and on at least one laterally coupling Optical fiber is directed, the lateral position and / or Extension of the measurement object from the spectral behavior of the incident radiation is derived.

4. Device for measuring the position and / or extent of an object using optical radiation consisting of at least one Fiber sensor, at least one optical detector and the associated one Evaluation electronics, characterized in that a laterally coupling optical fiber is used as the fiber sensor which produces a measuring beam, preferably generated by a diode laser is and at the fiber ends directly or indirectly using further optical fibers are coupled to optical detectors Output signals with the help of the associated evaluation electronics and computing technology for determining the position of the measuring beam on the side coupling optical fiber can be used.

5. The device according to claim 4, characterized in that the intensity of the measuring beam is modulated or a scanning movement of the Measuring beam transverse to the direction of the laterally coupling optical fiber corresponding modulation of the injected intensity and a narrowband gain of the tuned to this modulation frequency Detector signals occur.

6. The device according to claim 4, characterized in that the intensity of the measuring beam is modulated, the output signals of the two detectors are amplified and one electronic Phase comparators are given, the position of the measuring beam the measured phase difference is determined by calculation.

7. The device according to claim 4, 5 or 6, characterized in that optical filters, preferably optical narrowband filters, the Central wavelength coincides with the wavelength of the measuring beam the detectors.

8. The device according to claim 4, 5, 6 or 7, characterized in that a cylinder optics, preferably a transparent round rod, in front of laterally coupling optical fiber is arranged so that an effective Radiation coupling of the measuring beam takes place.

9. The device according to claim 4, 5, 7 or 8, characterized in that the measuring beam performs a scanning movement along the side Optical fiber executes and the position of the measuring beam on this fiber or the beginning or the end of one of a measurement object shadowing caused by the temporal behavior of the Detector signals is derived.

10. The device according to claim 9, characterized in that the start of the scanning movement of the measuring beam on the side coupling optical fiber with the help of an additional optical Fiber sensor, preferably a short side coupling Optical fiber with a coupled Schmitt detector is detected.

11. The device according to claim 9, characterized in that a fiber is used as the laterally coupling optical fiber on which in defined distances arranged selective optical coupling points are, and the position and / or size determination of the measurement object the number of optical pulses generated by the measuring beam in the fiber is derived.

12. The apparatus of claim 4, 5, 7 or 8, characterized in that instead of the laterally coupling optical fiber, at least two in parallel arranged fibers are used on which at defined intervals selective optical coupling points are arranged so that one defined coding pattern and the resulting position-dependent code when the measuring beam hits the Fiber ends coupled detectors in a correspondingly coded electrical signal is implemented and then evaluated.

13. The apparatus of claim 4, 5 or 8, characterized in that the measuring beam is coupled in laterally by means of an expansion optic Illuminates optical fiber or performs a scanning movement along it, the spectral composition of the measuring beam along the fiber and thus varies depending on the position and this variation is continuous or may have an erratic course.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the variation of the spectral composition of the measuring beam with the help a course interference filter is realized.

15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the variation of the spectral composition of the measuring beam with the help an optical grating is realized.

16. The apparatus of claim 13, characterized in that the variation of the spectral composition of the measuring beam with the help is realized by at least two lasers of different wavelengths.

17. The apparatus of claim 13, 14, 15, or 16, characterized in that the detection of the laterally coupled radiation with the help of Spectrometers or color sensors with fiber connection.