DE2415462A1

DE2415462A1 - Optische projektions/reflexions-vorrichtung

Info

Publication number: DE2415462A1
Application number: DE2415462A
Authority: DE
Inventors: Peter J Bergman; David F Crozier
Original assignee: American Manufacturing Co Inc
Current assignee: American Manufacturing Co Inc
Priority date: 1973-03-29
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1974-10-10
Also published as: GB1458546A; FR2223680A1; FR2223680B3; US3819272A

Description

Optische Projektions/Reflexions-Vorrichtung (Priorität: 29.März 1973, USA, Nr. 346,103)

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung und betrifft insbesondere eine retroreflektive optische Einrichtung zur Verwendung in einem retroreflektiven Lichtkontrollsystem, das beispielsv/eise in Verbindung mit einer elektronischen Schaltung für verschiedene Zähl- oder Steuerzwecke dient.

Es sind Systeme bekannt, bei denen Licht aus einer Lichtquelle auf ein entferntes reflektives oder retroreflektives Ziel projiziert und zurück auf den Projektor reflektiert wird, wobei mindestens ein Teil des reflektierten Lichtes auf einen Lichtfühler fällt, der das empfangene Licht.in Signale umsetzt. Diese Systeme werden für alle möglichen Zwecke verwendet, beispielsweise zum Zählen von in einer Fertigung oder auf einem Fließband vorbeibeweg- . ten Gegenständen, zur Steuerung der Funktion von Aufzugtüren usw.

Bei einigen herkömmlichen Systemen, die als "Koaxialsysteme" bekannt sind, ist der Lichtfühler direkt hinter oder auf der Linse zwischen der Linse und der Lichtquelle montiert. Wie ersichtlich, besteht bei diesen Systemen viel

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eher die Möglichkeit, daß Streulichtsignale empfangen werden, da unerwünschtes reflektiertes oder Umgebungs-Licht durch die Linse auf den Lichtfühler gelangt.

Andere bekannte Systeme arbeiten mit einer Anzahl von diskreten Elementen, etwa einer eigenen Linse, einem getrennten voll oder teilweise versilberten Spiegel, -einer getrennten Lichtquelle und einem getrennten Lichtfühler. Bei einigen dieser Systeme ist ein voll versilberter Spiegel zwischen der Linse und der Lichtquelle angeordnet, um einen Teil des reflektierten Lichtes außerachsig auf einen in vertikalem Abstand davon angeordneten Detektor zu spiegeln. Bei anderen Systemen sind halb versilberte Spiegel zwischen dem Detektor und der Linse angeordnet, um Licht von der außerachsigen Lichtquelle durch die Linse auf das Ziel zu spiegeln. Das Licht wird dann durch die Linse hindurch reflektiert und gelangt durch den halb versilberten Spiegel in gerader Linie auf den Detektor. Derartige Spiegeisysteme haben den Vorteil, daß sie mehr als Koaxialsysteme dazu neigen, unerwünschtes externes oder Umgebung-Licht abzuweisen und nur mit dem von dem Ziel reflektierten Licht zu arbeiten. Sie sind jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß eine präzise Ausrichtung der verschiedenen optischen Bauelemente aufeinander erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei Vorrichtungen der hier besprochenen Art auftreten, zu beseitigen oder mindestens abzumildern. In Anbetracht des oben geschilderten Standes der Technik kann eine speziellere Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, eine optische Projektions/Reflexions-Vorrichtung zur Verwendung in LichtkontrollS3/stemen mit einer permanenten eingebauten Fluchtung und einem permanenten eingebauten Abstand zwischen der Linse und den reflektierenden Elementen zu schaffen. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, eine Vorrichtung des hier beschriebenen Typs zu

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schaffen, bei der unterschiedliche Lichtquellen leicht gegeneinander ausgetauscht und leicht auf richtige optische Fluchtung mit den übrigen optischen Elementen justiert werden können. Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die in ihrer Herstellung und/oder in ihrer Montage wesentlich weniger aufwendig ist, als es bisher der Fall war. Ferner soll die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung der hier beschriebenen Art vermitteln, die sich insbesondere zur Kombination mit Schaltungskarten und dergleichen eignet.

Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung ist einstükkig aus einem transparenten Kunststoffmaterial geformt, weist einen vorderen Licht-Projektionsteil und eine dahinter angeordnete und mit dem Projektionsteil optisch fluchtende schräge reflektierende Fläche auf, die das durch den vorderen Teil aufgenommene Licht auf eine Licht-Auswerteinrichtung spiegelt. Vorzugsweise bildet das transparente Material einen Acryl-Kunststoffkörper mit einem vorderen vertikalen Linsenabschnitt, der mit einem generell trapezförmigen vertikalen transparenten Abschnitt mit einer hinteren, innen reflektierenden Fläche verbunden ist. Die Einheit ist an eine Schaltungskarte oder dergleichen anschraubbar ausgeführt. Sie umfaßt an ihrer Unterkante eine nach oben ragende Aussparung zur Aufnahme eines Lichtfühlers, der das von dem Ziel durch die Linse auf die hintere, innen reflektierende Fläche reflektierte Licht empfängt. Ein nach oben ragender Vorsprung am hinteren Teil des trapezförmigen Abschnittes dient zur richtigen Ausrichtung der Einheit relativ zu einer Lichtquelle. Befindet sich der von der oberen Kante des Vorsprungs auf die Außenfläche hinter der inneren, reflektierenden Fläche fallende Schatten an einer bestimmten Stelle der äußeren Fläche, so ist die Lichtquelle richtig ausgerichtet.

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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen, in einer typischen Umgebung montierten Vorrichtung;

Figur 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 1; .

Figur 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Figur 1;

Figur 4 eine Ansicht der Vorrichtung nach Figur 1 von hinten; und
Figur 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Figur

Gemäß der Zeichnung ist die generell, mit 10 bezeichnete einteilige Projektions/Reflexions-Vorrichtung auf einer Tafel, etwa einer gedruckten Schaltungskarte 11, zusammen mit einer Lichtquelle 12, d.h., selbst, in einem generell mit 13 bezeichneten justierbaren Einstellbügel montiert. Die Vorrichtung 10 besteht aus einem einzelnen Stück aus transparentem Acryl-Kunststoff optischer Güte mit einer vorderen Sammellinse 15, die an einen generell trapezförmigen Zwischenabschnitt 16 angeformt ist. Der Zwischenabschnitt 16 weist eine schräge, innen reflektierende Fläche 16a sowie einen Sockel 18 auf, der mit mehreren vertikalen, von unten eingebohrten und mit Gewinde versehenen Öffnungen 18a, 18b versehen ist. In diese Öffnungen 18 werden Schrauben 19 und 20 eingeschraubt, die entsprechende Öffnungen in der Schaltungskarte 11 passieren. Der Sockel 18 ist ferner mit einer nach oben verlaufenden Aussparung 18c versehen, in die ein Lichtfühler 22, bei dem es sich etwa um einen Phototransistor handelt, von der Karte 11 aus oder durch diese hindurch hineinragt.

Der Lichtfühler 22 kann beispielsweise den von der Firma Optron Company unter der Bezeichnung OP632 hergestellten

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Phototransistor umfassen, der eine sehr kleine obere Linse aufweist, wobei diese Linse dazu beiträgt, die Aufnahme von unerwünschtem Umgebungslicht zu vermindern. Die äußere Fläche des Abschnitts 16 hinter der innen reflektierenden Fläche 16a ist mit einem undurchsichtigen Material 24 aus beispielsweise Isolationspapier mit- der gezeigten Form beschichtet. Dadurch wird verhindert, daß Licht von der Lichtquelle 12 oder sonstiges Umgebungslicht die innen reflektierende Fläche 16a von hinten durchsetzt. Das Material 24 ist verhältnismäßig steif und läßt sich zur Vereinfachung der Herstellung ausstanzen. In ähnlicher Weise sind die gepunktet dargestellten Seiten ebenso wie die (nicht gezeigte) Vorderfläche unter der Linse 15 vorzugsweise mit einem reflexionsfreien schwarzen Lack gestrichen. Dadurch wird verhindert, daß externes oder Umgebungs-Licht, das von anderen Quellen als dem Ziel 14 stammt, Streulichtsignale hervorruft, die ihrerseits in dem Lichtfühler 22 falsche elektrische Signale auslösen würden.

Die Lichtquelle 12 ist in dem Einstellbügel 13 angeordnet, der mittels Schrauben 26 und Federn 27 in einer Öffnung 11a in der Schaltungskarte 11 justierbar montiert ist. Die Lichtquelle 12 kann durch eine Birne mit Bajonettfassung gebildet sein, deren Lage in senkrechter sowie in gewisser Weise auch in seitlicher Richtung durch Drehen der Schrauben 26 einstellbar ist. Um ein leichtes Auswechseln der ausgebrannten Lichtquelle zu gestatten, ist zwischen der Lichtquelle 12 und dem Material 24 ein Vorsprung 16b hinten an den Abschnitt 16 angeformt. Dieser Vorsprung I6b dient dazu, bezüglich der ursprünglichen Lichtquelle 12 einen Bezugspunkt beim Einsetzen späterer Lichtquellen zu bilden. Wird die ursprüngliche Lichtquelle in ihre Fassung eingesetzt und die Lage des Bügels 13 derart justiert, daß der Lampenfaden sich genau im Brennpunkt befindet, so wirft die Oberkante des VorSprungs 16b einen Schatten auf das Material 24, der mit einem

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sichtbaren Fleck 30 markiert wird. Werden später Ersatzlichtquellen 12 eingesetzt, so braucht der Bügel 13 nur derart Justiert zu werden, bis die Spitze des Schattens wieder auf den Fleck 30 fällt. Diese Justierung ist nur einmal erforderlich, da der richtige Abstand und die Winkelorientierung zwischen der Linse und der reflektierenden Fläche dank des einteiligen Aufbaus der Vorrichtung 10 ein für alle Mal festliegen.

Beim Betrieb tritt das Licht von der Lichtquelle 12 an beiden Seiten des Zwischenabschnitts 16 durch die linke und die rechte Seite der Linse 15 (jedoch nicht durch ihren senkrechten Durchmesserbereich) aus und trifft das reflektierende Ziel 14. Bei dem Ziel 14 kann es sich um jede beliebige Einrichtung handeln, beispielsweise um eine Acryl-Kunststoffeinrichtung oder einen retroreflektiven Streifen, wie er von der Firma 3M Company unter der Nummer 7800 hergestellt wird. Das Licht wird dann zurück auf den vertikalen Durchmesserbereich der· Linse 15 und die reflektierende Fläche 16a reflektiert, von wo es senkrecht nach unten durch den Abschnitt 16 auf die Linse des den Lichtfühler 22 bildenden Phototransistors 22 gespiegelt wird, der das Licht in ein zur weiteren Verwendung dienendes elektrisches Signal umsetzt.

Die Erfindung läßt sich auch in anderer Form ausführen. Insbesondere können die Abmessungen und relativen Anordnungen der Linse und der reflektierenden Flächenabschnitte nach den besonderen Anforderungen des jeweiligen Aufbaus abgeändert werden. Ferner ist es möglich, zusätzliche reflektierende Flächen vorzusehen. Bei geringeren Abständen gegenüber dem Ziel besteht eine mehr geradlinige Reflexion, so daß zwei weitere reflektierende Flächen auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts vorgesehen werden könnten, um den Licht-Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen. Ferner wäre es möglich, die Lichtquelle oder den Lichtfühler oder

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beide Elemente bei Bedarf direkt auf oder in dem Kunststoffkörper zu montieren. Ähnlich ist es möglich, die Vorrichtung auch auf andere Art.und Weise auf Schaltungskarten oder sonstigen Flächen zu montieren.

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Claims

Patentansprüche

M J Optische Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer Lichtquelle, gekennzeichnet durch einen Körper (16) mit einer längs einer optischen Achse angeordneten schrägen reflektierenden Fläche (16a), wobei .der Körper einen Lichtdurchlässigkeitspfad aufweist, der durch ihn hindurch von der reflektierenden Fläche zu seiner Vorderseite verläuft, sowie eine Licht-Fokussiereinrichtung (15), die vorne an dem Körper (16) befestigt und längs der optischen Achse mit der reflektierenden Fläche (16a) fluchtet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (16) ein fester Körper und die Licht-Fokussiereinrichtung eine an der Vorderfläche des festen Körpers befestigte Linse (15) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (16) und die Linse (15) einstückig aus dem gleichen Material geformt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Kunststoff und. die reflektierende Fläche (16a) eine innere Fläche ist.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (16) und die Fokussiereinrichtung (15) auf Fluchtung mit der Lichtquelle (12) einstellbar sind, daß der Körper (16) einen Vorsprung (I6b) umfaßt, der sich in den Pfad der Lichtquelle bringen läßt und dabei einen Schatten auf den Körper wirft, und wobei der Körper (16) eine sichtbare Markierung (30) trägt, die bei Fluchtung bezüglich der Lichtquelle mit dem Schatten zusammenfällt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) eine Aussparung (18c) aufweist, in die ein Lichtfühler (22)
zur Aufnahme des von der schrägen Fläche (16a) reflektierten Lichts einsetzbar ist.

7_e Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6-, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (16) generell trapezförmig und die reflektierende Fläche (16a) eine unbeschichtete Innenfläche des Körpers ist.

8_O Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, gekennzeichnet durch eine hinter der reflektierendem Fläche (16a) befindliche justierbare Einrichtung (13) zur Befestigung der Lichtquelle (12) in der
richtigen Stellung bezüglich der optischen Achse.

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