DE2404949C3 - Lichtleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtleiteranordnung mit einer Empfangsfaser oder einem Empfangsfaserbündei und mit die Empfangsfaser bzw. das Empfangsfaserbündei umgebenden Sendefasern bzw. Sendefaserbündeln, die jeweils von einem Mantel aus einem Licht absorbierenden Material umgeben sind.

Die Lichtübertragung beruht bei Lichtleitfasern der zuvor angegebenen Art darauf, daß das lichtdurchlässige Material der eigentlichen Fasern einen höheren Brechungsindex als das Licht absorbierende Material des jede Faser umgebenden Mantels hat Infolgedessen finden an der Grenzfläche zwischen Faser und Mantel Totalreflexionen statt durch die das Licht im Innern der Faser gehalten wird. Die Sendefasern haben die Aufgabe, Licht von einer Lichtquelle zu übertragen, um ein Objekt zu beleuchten; die Empfangsfasern haben die Aufgabe, das vom Objekt reflektierte Licht zu einer Empfangsanordnung zu übertragen. Bei einem bevorzugten Anwendungsgebiet solcher Lichtleiteranordnungen ist das Objekt ein Aufzeichnungsträger, der mit Hilfe der Lichtleiteranordnung optisch abgelesen wird. Ein entscheidendes Kriterium für die Brauchbarkeit der Lichtleiteranordnung ist in diesem Fall das Trennungsoder Auflösungsvermögen der Empfangsfasern, d. h. das Vermögen, zwei nebeneinanderliegende Einzelzeichen noch voneinander trennen zu können.

Das Trennungsvermögen einer einzelnen Lichtleiterfaser ist durch den öffnungswinkel bedingt, unter dem ein Lichtstrom in die Faser eintritt oder diese verläßt. Dieser öffnungswinkel steht in einer einfachen Beziehung zu den Brechungsindizes der Materialien, aus denen die Faser und der Mantel bestehen. Wenn Λ/Ί der Brechungsindex der Faser selbst und Ni der Brechungsindex des Mantels ist, so gilt für den öffnungswinkel <x der Lichtleiterfaser die einfache Beziehung:

sin λ = VN] — Nl ■

Die üblicherweise verwendeten Lichtleitfasern haben einen öffnungswinkel von etwa 60°, der zur Mittelachse der Faser symmetrisch ist.

Dies bedeutet, daß eine einzelne Lichtleitfaser zwei Objekte nicht mehr voneinander trennen kann, wenn das von diesen Objekten kommende Licht innerhalb eines Winkels von etwa 60° auf die Stirnfläche der Lichtleitfaser auftrifft Weiterhin folgt daraus, daß der Abstand von zwei Objekten, die von der Lichtleitfaser noch unterschieden werden können, umso größer ist je weiter diese Objekte von der Stirnfläche der Lichtleitfaser entfernt sind. Bei der Abtastung eines Aufzeichnungsträgers ist also das Auflösungsvermögen um so größer, d. h. der Abstand zwischen zwei unterscheidba ren Zeichen um so kleiner, je näher der Aufzeichnungs träger an die Stirnfläche der Empfangsfaser angenähert wird. Die obere Grenze des Auflösungsvermögens, die bei direkter Berührung erhalten wird, ist durch die Querschnittsabmesjungen der Lichtleitfaser bedingt

is Die gleichen Betrachtungen gelten praktisch unverändert wenn zur Erzielung einer größeren Biegsamkeit der Lichtleiteranordnung anstelle einzelner Lichtleitfasern verhältnismäßig großen Querschnitts Bündel von parallelen Lichtleitfasern kleinen Querschnitts verwen det werden.

Aus mechanischen und optischen Gründen bestehen Grenzen für den kleinstmöglichen Abstand zwischen der Stirnfläche der Lichtleiteranordnung und dem abzutastenden Objekt Ein wesentlicher Grund hierfür beruht darauf, daß das aus den Sendefasern austretende Licht das Objekt voll ausleuchten muß.

Eine Erhöhung des Auflösungsvermögens der Lichtleiteranordnung könnte zwar dadurch erreicht werden, daß zwischen das Objekt und die Stirnfläche der

jo Lichtleiteranordnung eine Abbildungsoptik eingefügt würde. Diese Lösung wäre aber teuer, und sie würde Umfang und Gewicht beträchtlich erhöhen.

Aus dem Buch »ABC der Optik«, 1961, Stichwort »Blende«, Seiten 143—145 ist es bekannt rohr-, kasten-

r> oder wabenartige Richtblenden zur Beschränkung des Auffangwinkels und zur Verringerung des wirksamen Gesichtsfeldes anzuwenden, beispielsweise als Vorsatz an Photoelementen. Die Ausbildung solcher Richtblenden für Lichtleiteranordnungen der eingangs angegebe- nen Art wäre aber im Hinblick auf die erwünschten kleinen Querschnittabmessungen der Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserbündel schwierig; bei der Abtastung von Aufzeichnungsträgern liegen diese Querschnittsabmessungen beispielsweise in der Größenordnung von 0,4 mm. Außerdem ergäben solche Richtblenden den Nachteil, daß sie nicht nur das Empfangsfeld der Empfangsfasern begrenzen würden, sondern auch den Abstrahlungswinkel der Sendefasern, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung des abzutastenden Objekts erschwert oder sogar unmöglich gemacht würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, da* Trennungsvermögen einer Lichtleiteranordnung der eingangs angegebenen Art bei beliebig kleinen Querschnittsabmessungen der Lichtleitfasern oder Lichtleit- faserbündel auf einfache und wirksame Weise zu erhöhen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stirnfläche der Empfangsfaser bzw. des Empfangsfaserbündels gegen die Stirnflächen der

bo Sendefasern bzw. Sendefaserbündel zurückversetzt ist

Bei der Lichtleiteranordnung nach der Erfindung ergibt sich die Erhöhung des Trennungsvermögens der Empfangsfasern oder Empfangsfaserbündei nach dem Prinzip der Kasten- oder Rohrblende, jedoch ohne daß

b5 diese Blende durch zusätzliche Teile ausgebildet ist; vielmehr übernehmen die Außenflachen der lichtabsorbierenden Mäntel der über die Stirnfläche der Empfangsfaser vorstehenden Abschnitte der Sendefa-

sera die Funktion der Blende. Der Querschnitt der Blende ist auf diese Weise stets optimal an den Querschnitt der Empfangsfaser angepaßt, unabhängig von deren Querschnittsabmessungen. Die Herstellung ist auch bei äußerst kleinen Querschnittsabmessungen sehr einfach, denn es braucht nur die Err.pfangsfaser um die erforderliche Strecke gegenüber den Sendefasern verkürzt zu werden. Umfang, Gewicht und Kosten sind daher gegenüber einer herkömmlichen Lichtleiteranordnung praktisch nicht verändert. Ferner wird die Wirksamkeit der Sendefasern durch die Blendenfunktion nicht beeinträchtigt

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht einer Lichtleiteranordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Lichtleiteranordnung von F i g. 1 und

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Lichtleiteranordnung nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Lichtleiteranordnung mit einer Lichtleitfaser 1, die zwischen zwei Lichtleitfasern 2 und 3 angeordnet ist Jede der Lichtleitfasern 1,2 und 3 besteht in der üblichen Weise aus einem lichtdurchlässigen Kern, der von einem Mantel aus einem Licht absorbierenden Material umgeben ist, dessen äußere Begrenzungslinien dargestellt sind. Die Lichtleitfasern 2 und 3 sird Sendefasern, die Licht, das von einer nicht dargestellten Lichtquelle kommt, in der Richtung der Pfeile /2 und h übertragen und dadurch ein Objekt 4 beleuchten, das vor ihren Stirnflächen 2a, 3a angeordnet ist Die Lichtleitfaser 1 ist eine Empfangsfaser, die Licht, das von dem Objekt 4 reflektiert wird, in der Richtung des Pfeils f\ zu einer nicht dargestellten Detektorvorrichtung überträgt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Stirnfläche la der Empfangsfaser i gegenüber den Stirnflächen 2a, 3a der Sendefasern 2 und 3 zurückversetzt, so daß vor der Stirnfläche la der Empfangsfaser 1 ein Lichtkanal 5 besteht, dessen Wände durch die Außenflächen der Sendefasern 2 und 3 gebildet sind, also aus einem Licht absorbierenden Material bestehen.

Die durch die beschriebene Ausbildung erzielte Wirkung wird an Hand der vereinfachten Darstellung von F i g. 2 erläutert Diese zeigt wieder die Empfangsfaser 1, deren Stirnfläche la in der Ebene 6 liegt, die um den Abstand d gegenüber der Stk nebene 7, in der die Stirnflächen der nicht dargestellten Senderasern liegen, zurückversetzt ist Ferner sind die Begrenzungswände des Lichtkanals 5 angedeutet, die aus Licht absorbierendem Material bestehen.

Wenn sich die Lichtleiterfaser 1 bis zur Stirnebene 7 erstreckte, würde sie Licht aufnehmen, das innerhalb eines öffnungswinkels a aufträfe. Eine einfache geometrische Konstruktion gestattet die Bestimmung

des öffnungswinkels b, den man erhält, wenn die Stirnfläche der Lichtleitfaser 1 um die Strecke d zurückversetzt ist Dieser öffnungswinkel b ist kleiner als der öffnungswinkel a. Infolgedessen ist das scheinbare Trennungsvermögen des auf diese Weise gebildeten Systems vergrößert, und zwar um so mehr, je größer der Abstand d ist um den die Lichtleitfaser 1 zurückversetzt ist Die Energie, die von der Lichtleitfaser empfangen wird, ist jedoch um so geringer, je weiter die Lichtleitfaser zurückversetzt ist, wenn das Objekt 4 in der gezeigten Weise angeordnet bleibt Es kann aber eine optimale Wahl von Werten vorgenommen werden, die von der benutzten Lichtleitfaser abhängen, d. h. von ihren Abmessungen, den auftretenden Energien und, im Falle der Ablesung eines Dokuments, von der Komplexität dieser Ablesung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform stehen die Breite e der Lichtleitfaser und der Abstand d, um den sie gegen die Stirnebene 7 zurückversetzt ist, in einem Verhältnis von etwa 1 :6. Bei einem Wert e von etwa 0,4 mm beträgt der Abstand

ω c/etwa2,5mm.

F i g. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der die verwendeten Lichtleitfasern einen rechteckigen Querschnitt haben. Hierbei sind die Empfangsfaser 1 und die Sendefasern 2 und 3, die die Empfangsfaser 1

Γ) umgeben, zwischen zwei das Licht absorbierenden Flächen 12 und 13 angeordnet Die Empfangsfaser 1 ist wieder gegenüber den Sendefasern 2 und 3 zurückversetzt. Die Außenflächen der rechteckigen Sendefasern 2, 3, die den Lichtkanal S vor der Stirnfläche la der

4i) Empfangsfaser 1 bilden, sind lichtabsorbierend.

Es ist offensichtlich, daß die geschilderte Wirkungsweise erhalten bleibt, wenn jede der Lichtleitfasern 1,2 und 3 durch ein Bündel von Lichtleitfasern ersetzt wird, von denen jede aus einem Kern und einem Licht absorbierenden Mantel besteht; in diesem Fall übernehmen die Außenflächen der äußersten Lichtleitfasern der Sendefaserbündel die Aufgabe der Begrenzung des Lichtkanals.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtleiteranordnung mit einer Empfangsfaser oder einem Empfangsfaserbündei und mit die Empfangsfaser bzw. das Empfangsfaserbündei umgebenden Sendefasern bzw. Sendefaserbündeln, die jeweils von einem Mantel aus einem Licht absorbierenden Material umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (ta)der Empfangsfaser bzw. des Empfangsfaserbündels (1) gegen die Stirnflächen (2a, 3ajder Sendefasern bzw. Sendefaserbündel (2,3) zurückversetzt ist

2. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Fasern bzw. Faserbündel (1, 2,3) einen rechteckigen Querschnitt haben und daß zwei Sendefasern bzw. Sendefaserbündel (2, 3) entlang cten beiden Breitseiten der Empfangsfaser büw. des Empfangsfaserbündels (1) angeordnet sind.

3. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß Flächen (12, 13) aus Licht absorbierendem Material an den Schmalseiten der Fasern bzw. Faserbündel (1,2,3) angeordnet sind.