DE2014678A1 - Li entübertragungsanordnung - Google Patents

Description

Lichtübertragungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von Licht einer einzigen Lichtquelle nach einer Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen, die voneinander getrennt sind mittels Faseroptik.

Derartige Anordnungen sind z.B. in Kartenlochern-bzw. Lesern verwendbar. Hierbei treten Schwierigkeiten durch die an den verschiedenen Ablesestellen auftretende unterschiedliche Lichtintensität auf. Diese Lichtintensitätsunterschiede sind eine Folge von Schattenbildung der Lichtquelle. Um die Wirkung der Schatten auszuschließen, ist es natürlich möglich, besondere lichtempfindliche Elemente oder aufwendige, schattenfreie Lichtquellen zu verwenden.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, unter Verwendung der bekannten Faseroptik eine Lichtübertragungsanordnung zu schaffen, welche trotz der genannten Schattenbildung der Lichtquelle die Verwendung normaler lichtempfindlicher Elemente erlaubt, d.h. trotz der Erzeugung eines eine bestimmte Fläche nicht gleichförmig ausleuchtenden Lichtes eine einheitliche Ausleuchtung sämtlicher lichtempfindlicher Elemente ergibt.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß in einem Block ein der Lichtquelle benachbarter Eingangskanal angeordnet ist, der sich in eine der Anzahl der lichtempfindlichen Elemente entsprechende Anzahl von Ausgangskanäle verzweigt, und daß in dem Eingangskanal ein Lichtfaserbündel eingesetzt ist^ das in Unterbündel unterteilt ist, die beliebig verteilt in die Ausgangskanäle eingesetzt sind. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden auf das fc Eingangsende der Lichtfaserbündel geworfene Schatten auf die Unterbündel verstreut, wodurch aus jedem,Ausgangskanal eine im wesentlichen gleiche Lichtmenge austritt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

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Fig.t''""eine-.vereinfachte perspektivische Darstellung in ■^vteilweise "schematiEcher Form der erfindungsgemäßen 'Anordnung in Verbindung mit einem digitalen Däten- * Atofühlgerät, "^- ■ - -

Fig.2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung,

O eine vergrößerte Frontansicht entlang der Linie 3-in Fig.2,

Fig.4 eine vergrößerte Frontansicht entlang der Linie 4-4 ■'-■ in"Fig.2, ^! ■- ^l ■ ""■'■ ■'.'■ '■ - ' · ·- · ■■.'■'■·■■■■

Pig.5 ■■ ·. - ^;:- ^- ■: ^ ■■

und 6 ,ein AusfUhrungsbeispiel für die Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig.7 .

und 8 in vereinfachter Darstellung den Effekt des .von-

• ^! ·'-■ -einer Quelle Übertragenen Lichtes, welches Schatten erzeugt bei Verwendung von bisher bekannten anlagen (Fig.7) und bei Verwendung der erfindungsgemäßen '-■'"-- Anordnung (Fig.8). ■ ' ·-.·.·,

Das digitale Daten-Lesegerät 10 weist die Programmeinheit 12 auf zur Steuerung des Betriebs- einer Maschine., wie: z.B. eines· 'Lochers oder einer anderen■-Eing-atoci-tastatur.· Die teilweise . .-perforierte Trommel 1- der Programmeinheit 1^ ist auf der PO 96S 0-9 0 09841/1 6 80

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Welle 16 befestigt und von dieser mit Hilfe des Befestigungsringes 18 abnehmbar. Die Welle 16 ist durch den Schrittmotor unter Steuerung der Motorsteuerschaltung 22 schrittweise antreibbar. In der Trommel 14 sind mehrere Reihen öffnungen 24 angeordnet, deren Anordnung und Anzahl sämtlichen möglichen Lochungen 26 einer Lochkarte 28 entspricht. Die Lochkarte 28 wird normalerweise auf der Trommel 14 durch geeignete Vor-

k richtungen befestigt. Das Daten-Lesegerät 10 ist genauer im IBM Technical Disclosure Bulletin,Vol.11, No. 1 vom Juni I968 auf Seite 81 beschrieben. Dort ist auch beschrieben, wie jede Zeile mit Lochungen 26 in der Lochkarte 28 eine Maschineninstruktion darstellt, die über die Leitung yd zu Maschinensteuerschaltungen >■> übertragen werden. Die Motorsteuerschaltung d'd und die Kaschinensteuerschaltung 34 können natürlich verschiedene Formen annehmen und die Lochungen 26 in der Lochkarte 28 können den Betrieb einer Maschine steuern oder die perforierte Trommel 1-t kann auch zum Lesen oder Prüfen der

" Information in der Lochkarte 2ö benutzt werden, wie z.B. in einem Kartenleser oder Prüfer.

Im Datenlesegerät 10 ist die Lichtquelle J6 so angeordnet, daß die Abfühleinrichtung 38 belichtbar ist. Die Lichtquelle 36 und die Abfühleinrichtung J8 befinden sich an der Innenbzw. Außenseite der Trommel I4 derart, daß Licht von der Lichtquelle 36 durch die aufeinander ausgerichteten Lochungen 26 und öffnungen 2-+ in Lochkarte cb und Trommel I4 fällt und

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die Abfühleinrichtung 38 betätigt. Die Lichtquelle 36 wird in der Praxis durch eine Wolframdrahtlampe und die Abfühleinriehtung 38 durch eine Zeile von Phototransistoren gebildet, von denen einjeder je einer öffnung 24 in der Trommel 14 zugeordnet ist. Die Lichtquelle 26 kann natürlich Energie im sichtbaren oder im unsichtbaren Bereich abstrahlen. Die Lochkarte 28 und die Trommel 14 haben bekanntlich dreizehn Lochungen 26 bzw. öffnungen 24 in jeder Zeile, die in Längsrichtung der Trommel 14 bzw. Lochkarte 28 verlaufen. Hinter jeder öffnung 24 befindet sich ein Phototransistor.

Die Lichtübertragungseinheit 40 überträgt erfindungsgemäß die gleiche Lichtmenge an verschiedene Stellen, von denen eine jede in je einer Reihe von öffnungen 24 in der Trommel 14 enthalten ist. Die Lichtübertragungseinheit 40 dient also dazu. Licht von der Lichtquelle 36 zur Abfühleinrichtung 38 zu leiten. Die Lichtquelle 36 umfaßt einen Heizfaden 37, Befestigungsstifte 39 und 41 für den Heizfaden und den Reflektor 43. Bei dieser Lampenart wirft der Reflektor 43 das Licht hinter den Heizfaden 37 und seine Befestigungsstifte 39*41 zurück und erzeugt dadurch verlängerte Schatten. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Schatten vertikal geworfen. Selbstverständlich können andere Lampenarten horizontale oder.schräge Schatten werfen. Ein Hauptzweck der gezeigten Lichtübertragungseinheit 40 ist, wie bereits gesagt,, der Ausgleich der Schatten, um sicherzustellen, daß. jeder Phototransistor in der Abfühlein-.

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richtung 38 eine im wesentlichen gleiche Lichtmenge von der Lichtquelle 36 empfängt.

Nachfolgend werden Einzelheiten der LichtUbertragungseinheit im Zusammenhang mit den Fig.1 - 4 beschrieben. Die Lichtübertragungseinheit 40 besteht aus einem Halteblock 42 mit rechteckigem Querschnitt, der aus einem starren Material wie Phenol-

k harz oder dergl. hergestellt sein kann und die der Lichtquelle 36 benachbarte Eingangsseite 44 (Fig.2) und die der Trommel 14 benachbarte Ausgangsseite 46 aufweist. Die öffnung an der Eingangsseite 44 des Halteblocks 42 ist der Eingangskanal 48 (Fig.3). Im Eingangskanal 48 ist eine Vielzahl von Ljchtfaserbündeln 50 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel wurden hierfür umhüllte Lichtfaserbündel mit 0,125 mm äußerem Durchmesser verwendet. Wie besonders aus den Fig.2 und 3 zu ersehen ist, bestehen die Lichtfaserbündel 50 aus horizontalen Unterbündeln, die von oben nach unten mit 5^2a - 52m bezeichnet sind. Jedes

W Unterbündel enthält im Ausführungsbeispiel I5OO - 2000 Fasern.

An der Ausgangsseite 46 der Lichtübertragungseinheit 40 befinden sich Ausgangskanäle 54a - 54m entsprechend der Anzahl der Unterbündel 52a - 52m, was gleichbedeutend ist mit der Anzahl der Phototransistoren in der Abfühleinrichtung j58. In jedem Ausgangskanal 54 befindet sich ein Unterbündel 5²· Die Fasern eines jeden UnterbundeIs sind willkürlich oder nicht kohärent zwischen dem Eingangskanal 48 und den verschiedenen Ausgangs-

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kanälen 5^a - 54m zugeordnet, um die gleichmäßige Übertragung von Licht an Jede Abfühlstation zu ermöglichen, um die dunklen Stellen oder Schatten zwischen den Unterbündeln ausblenden zu können, führen die Unterbündel nebeneinanderliegende Schichten nach Möglichkeit zu dicht nebeneinanderliegenden Ausgangskanälen·

Kohärente Bündel von Lichtfasern, wie sie z.B. auch in den US-Patenten > 125 603,^3.379 89Ο und.3 255 280 gezeigt sind, dienen der Übertragung von Bildern, da eine Punkt-zu-Punkt-Beziehung in der Anordnung der Eingangsfasern und der Ausgangsfasern besteht. Wenn umgekehrt Lichtfasern inkohärent angeordnet sind, ist zwar eine Lichtübertragung, jedoch keine Bildübertragung möglich. Die vorliegende Anordnung arbeitet mit einer Kombination von kohärenten und nichtkohärenten Anordnungen. iDas Eingangsende des Liähtfaserbündels, welches die Eingangsfläche 58 bildet, ist in Unterbündel geordnet und jede Schicht als Ganzes genommen kohärent. Die einzelnen Lichtfasern innerhalb eines Unterbündels sind jedoch inkohärent, da die Lage der Lichtfasern eines jeden Unterbündels zwischen Eingangs- und Ausgangsende nicht übereinstimmt. Die Bedeutung dieser Anordnung ist genauer aus den Fig. 7 und 8 zu ersehen.

In Fig.7 sind dreizehn Ausgangsflächen 60a-m dargestellt, die Lichtfaserbündel enthalten, wie sie in den Ausgangskanälen 54a - 54m liegen. Wenn angenommen wird, daß die einzelnen

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Lichtfasern des Lichtfaserbündels im Eingangskanal 48 gemäß der Darstellung in Fig.7 wahlfrei verstreut und nicht in Unterbündel geordnet angeordnet sind, so wie in den Fig.3 und 8 dargestellt, so wird weniger Licht von der Ausgangsfläche 60a als von den übrigen Ausgangsflächen übertragen, wenn ein von der Lichtquelle J56 geworfener Schatten auf einen Teil der Eingangsfläche 58 fällt, welcher alle oder fast alle Licht-. fasern umfaßt, welche die Ausgangsfläche 60a bilden. Aus Fig.7 geht somit hervor, daß die Ausgangsflächen 60e und 6Of überhaupt kein Licht übertragen. In einem solchen Fall werden die zu . diesen Ausgangsflächen gehörigen Phototransistoren nicnt geschaltet. Andererseits ist aus Fig.8 zu ersehen, daß bei Einfall eines vertikalen Schattens auf die geschichtete Eingangsfläche 58 jede der dreizehn Ausgangsflächen 60 teilweise abgedunkelt wird, da die durch jedes der Unterbündel von jeder Ausgangsfläche übertragene durchschnittliche Lichtmenge im wesentlichen dieselbe ist.

Aus den Flg.2 bis 6 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung der Lichtübertragungseinheit 40 zu ersehen. Es wird von einem leeren Halteblock 42 in der in den Fig.5 und 6 gezeigten Form ausgegangen. Der Halteblock 42 weist einen ausgehöhlten Mittelbereich 53 auf, so daß der Eingangskanal 4 8 mit dreizehn Ausgangskanälen 54a - 54m in Verbindung steht. Ein erstes Unterbündel von Lichtfasern wird in den Halteblock *+2 eingelegt, wobei eines seiner Enden das Unterbündel 52m im

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Eingangskanal 48 bildet und das andere Ende beliebig in den Ausgangskanal 54g eingesetzt wird. Diese wahlfreie oder inkohärente Anordnung wird durch Versetzen des Unterbündels am Ausgangsende und Einsetzen in den Kanal 54g erreicht. Das erste oder unterste Unterbündel ist am kürzesten, da es zwischen dem Eingangskanal 48 und dem Ausgangskanal 54g liegt, welcher dem Eingangskanal am nächsten ist. Da jedes Unterbündel im wesentlichen die gleiche Liehtmenge übertragen soll, muß in jedes Unterbündel eine Biegung eingeführt werden. Die Lichtübertragung mittels Faseroptik hängt von der Länge des Liehtfaserbündels ab, da das Licht pro 30,48cm Länge des Lichtfaserbündels um ungefähr 10$ gedämpft wird. Um eine Biegung im untersten Unterbündel zu erhalten, sind die Ausgangskanäle 54a - 54^m etwas hoher in dem HaIM)IoCk 42 angeordnet als der Eingangs-· kanal 48, was aus einem Vergleich der Fig.3 und 4 miteinander hervorgeht. Aus Fig.6 ist natürlich zu sehen, daß die zu den Ausgangskanälen 54a, 54b, 54m führenden Unterbündel wegen der seitlichen Biegung etwas größer sind als die mittleren Unterbündel,

Nach Einsetzen des ersten Unterbündels 52 in den Halteblock 42 wird ein Kunststoffblatt 61 (Fig.6)'auf das Unterbündel'52m in den Eingangskanal gelegt, wobei ein Teil dieses Blattes über die Eingangsseite 44 nach außen ragt. Danach werden die anderen Unterbündel 52a - 521 und weitere Kunststoffblätter 61 in den Eingangskanal 48 eingesetzt, bis der in Fig.6 gezeigte Aufbau

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erreicht ist. Die Kunststoffblätter 61 gestatten eine dichte Packung der Unterbündel im Eingangskanal, bei der die Unterbündel trotzdem voneinander getrennt beliben. Nachdem alle Unterbündel 52 im Halteblock 42 in "ihrer richtigen Lage sind, werden die Kunststoffblätter 61 zwischen den verschiedenen Unterbündeln herausgezogen und eine geeignete Gießmasse wird In den Mittelbereich 53* den Eingangskanal 48 und die Ausgangskanäle 54a - 54m des Halteblocks 42 gegossen. Als Gieß-

W masse kann Phenolharz verwendet werden, wenn es schwarz ist oder eine so dunkle Farbe hat, daß ein Lichtverlust in den Lichtfaserbündeln vermieden wird. Durch dieses Ausfüllen des Hohlraums mit einer Gießmasse werden die Lichtfaserbündel fest an ihrer Stelle im Halteblock 42 gehalten und ist die Lichtübertragungseinheit 40 unempfindlich gegen mechanische Beanspruchung. Nach dem Vergießen wird der Haiteblock auf die gewünschten Abmessungen zurechtgeschnitten, wobei man an jeder Seite eine Toleranz von etwa 0,5 nun für Schleifen und Polleren

t übrig läßt. Danach werden die Eingangsfläche 58 und die Ausgangsfläche 60 für eine maximale Lichtübertragung durch die Lichtübertragungseinheit 40 geschliffen und poliert. Die Eingangsfläche muß rechtwinklig zur optischen Achse verlaufen oder Innerhalb eines Neigungswinkels von J>Q° dazu, damit die optische Achse des Halteblocks 42 festgelegt und der Wirkungsgrad so groß wie möglich gehalten werden kann. Die verschiedenen Ausgangsflächen 60 sollten außerdem aus denselben Gründen so dicht wie möglich an der Senkrechten zur optischen Achse liegen. Da auch hier der Eintrittswinkel des Lichtes gleich dem Aus-PO ₉68 0,9 009841/1880

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trittswinkel ist, ist mit zunehmender Schräglage der interne Lichtverlust im Lichtfaserbündel immer größer. Daher sollte bei der Herstellung der Lichtübertragungseinheit 40 darauf geachtet werden, daß die Eingangsfläche 58 parallel zur Eingangsseite 44 und die Ausgangsflächen 60 parallel zu den Eingangs- und Ausgangsseiten 44 und 46 verlaufen, um den Lichtverlust so klein wie möglich zu halten und das durch die Licht-Übertragungseinheit 40 tretende Licht in die gewünschte Richtung lenken zu können.

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Claims (1)

1. 20H678

   Böblingen, 24. März I97O ki-sk

   Patentansprüche

   1. Anordnung zur Übertragung von Licht einer einzigen Lichtquelle nach einer Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen, die voneinander getrennt sind, mittels Faseroptik, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Block (42) ein der Lichtquelle (j?6) benachbarter Eingangskanal (48) angeordnet ist, der sich in eine .der Anzahl der lichtempfindlichen Elemente (in yd enthalten) entsprechende Anzahl von Ausgangskanäle (54) verzweigt, und daß in dem Eingangskanal (48) ein Lichtfaserbündel (50) eingesetzt ist, das in Unterbündel (52) unterteilt ist, die beliebig verteilt in die Ausgangsl-canäle (5'0 eingesetzt sind.

   c.. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle längliehe Schatten erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtfaserbündel (50) in einer Richtung in Unterb.ündel (52) unterteilt ist, die im wesentlichen rechtwinklig zu den länglichen Schatten verläuft.

   y. /-.nordnung nach dtn nnsprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dau di-j Lnterbündel (5^; derart gekrümmt angeordnet "ind, daß sämtliche Unt^rbundel (5^) im wesentlichen rleiohe Ldn^e aufweisen.

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   4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangskanal (48) in jedem Unterbündel (50) die einzelnen Lichtfasern vertikal oder horizontal angeordnet sind und im Ausgangskanal (54) die Lichtfasern beliebig verteilt angeordnet sind.

   5· Verfahren zur Erzeugung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des ersten Unterbündels (52) in den Eingangskanal (48) bündig mit seinem Ende eingelegt wird und das andere Ende in den ersten Ausgangskanal (5^) bündig eingelegt wird, ein Kunststoffblatt (6.1 ) über die gesamte Länge des Eingangskanales (48) gelegt wird, worauf das eine Ende des zweiten Unterbündels (52) gelegt wird, dessen anderes Ende in den zweiten Ausgangskanal (54) eingelegt wird, worauf wiederum ein Kunststoffblatt (61) in der genannten Weise eingelegt wird, und so weiterverfahren wird, bis das letzte Unterbündel (52) mit seinem einen Ende in den Eingangskanal (48) und mit seinem anderen Ende in den letzten Ausgangskanal (54) eingelegt ist, ■worauf sämtliche Kunststoffblätter (61) entfernt werden und sämtliche Lichtfaserbündel durch Vergießen der restlichen Hohlräume in den Halteblock (4-2) eingebettet werden.

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   BAD ORIGINAL