DE2851444C2

DE2851444C2 - Lichtgitter

Info

Publication number: DE2851444C2
Application number: DE2851444A
Authority: DE
Inventors: Günter 7803 Gundelfingen Fetzer; Erwin 8021 Icking Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1983-05-26
Also published as: JPS5582074A; US4310756A; DE2851444A1; EP0011744B1; JPH0332033B2; EP0011744A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Lichtgitter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer Einrichtung zur Überwachung von Räumen durch optisch-elektrische Meßmitte! ist es bereits bekannt (DE-OS 24 25 466), vor das Objektiv eine Autokollimationseinrichtung zu setzen, die aus einem Teilerspiegel und einem Sucherfernrohr sowie einer opaken Fläche besteht und hinter der Bildebene einschaltbar ist, um eine Lichtrückstrahlung in die Autokollimationseinrichtung zu ermöglichen. Leicht unscharf vor der Bildebene befinden sich einstellbare Blenden, die zum Abdecken von nicht überwachten Bildteilen des Objektraumes dienen.

Weiter ist bereits ein Lichtschrankengitter bekannt (DE-AS 19 41 905), bei dem eine Anzahl nebeneinander angeordneter periodisch betriebener Lichtsender nebeneinanderliegende Lichtbündel zu einem Lichtleitstab senden, welcher das Licht der einzelnen Lichtbündel empfängt Ein an der einen Stirnseite des Lichtleitstabes angeordneter Photoempfänger gibt ein dem Lichteinfall entsprechendes elektrisches Signal ab. Das bekannte Lichtschrankengitter benötigt jedoch für jedes Lichtbündel eine eigene Abbildungsoptik, was insbesondere bei sehr vielen Lichtsendern aufwendig ist

Ein Lichtgitter der eingangs genannten Gattung ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 28 24 311). Bei diesem Lichtgilter befindet sich der photoelektrische Wandler im Brennpunkt eines I iohlspiege's, nicht jedoch die Spaltblende.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lichtgitter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der unmittelbar an der Abbildungsoptik jede gewünschte Nutz-Bündelbreite verwirklicht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Aufgrund dieser Ausbildung liegt die Bildebene der von der Abbildungsoptik abgebildeten Leuchtdioden deutlich hinter der Brennweite, d. h. der Spahblende.

Der Photoempfänger ist zweckmäßig unmittelbar hinter der Spaltbiende angeordnet und empfängt das gesamte, durch den Spalt hindurchtretende Licht.

Weiter ist es bevorzugt, wenn sich an der Abbildungsoptik nur die Nutz-Lichtbündel benachbarter Leuchtdioden überlappen. Zweckmäßig überlappen die Nutz-Lichtbündel benachbarter Leuchtenden sich zwischen 'Λ und V3 und vorzugsweise zur Hälfte. Das Verhältnis der Spaltbreite zur Brennweite der Abbildungsoptik soll vorteilhafterweise OJ ■ ΙΟ-³ bis 2 · ΙΟ-³ betragen. Der Abstand der Leuchtdioden von der Abbildungsoptik ist zweckmäßig max. 50mal so groß wie die Brennweite der Abbildungsoptik.

Der Ort des Photoempfängers hinter der Spaltblende ist an sich beliebig; es muß lediglich dafür gesorgt werden, daß alles Licht, das durch die Spaltblende gelangt, den Photoempfänger erreicht.

Wesentlich für die Erfindung ist also, daß die insbesondere als GaAs-Dioden ausgebildeten Leucht-Jioden sich bezüglich der Abbildungsoptik nicht im Unendlichen, sondern im Endlichen befinden. Somit liegt die Schärfenebene der Leuchtdioden auf der Empfangsseite nicht im Brennpunkt des Hohlspiegels, sondern um einen deutlichen Betrag dahinter. Auf diese Weise kann im Brennpunkt selbst die Spaltblende angeordnet werden, welche dps zum Photoempfänger gelangende Lichtbündel je nach ihrer Breite so zusammenzieht, daß unmittelbar an der Abbildungsoptik jede gewünschte Nutz-Bündelbreite verwirklicht werden kann. Erfindungsgemäß geschieht also die Begrenzung des wirksamen Empfangsstrahlenbündels einzig und allein über den Winkel, den die vom Sender kommende Lichtstrahlung zur optischen Achse bildet. Es kann bei jeder Auftreffhöhe und die Abbildungsoptik nur aus einem begrenzten Winkelbereich kommende

Strahlung durch die blende gehen und somit auf den Photoempfänger gelangen. Pie Bandelbegrenzung wird erfindungsgemäß also durch eine sehr einfache bauliche Maßnahme in beliebiger Genauigkeit gewährleistet Grenzen sind lediglich durch die Intensität des Lichtes gegeben, welches durch die Blende hindurchtreten muß, um den dahinter angeordneten Photoempfänger zum Ansprechen zu bringen.

Das Auflösungsvermögen des erfindungsgemäßen Lichtgitters wird auf der Sendeseite, d. h. unmittelbar vor den Leuchtdioden durch den Mittenabstand der Leuchtdioden und deren Durchmesser bestimmt. Das kleinste Hindernis, das vor dem Sender sicher erkannt werden kann, hat die Größe des Mittenabstandes zweier benachbarter Leuchtdioden zuzüglich dem Durchmesser der Leuchtdiode.

Das Auflösungsvermögen des Lichtgitters an demjenigen Ende des Überwachungsbereiches, welches unmittelbar vor der Abbildungsoptik liegt, wird durch die Größe der Blende, den Scheitelabstand der Blenden, den Abstand Sender-Empfänger, die Brennweite der Abbiidungsoptik und die Höhe des Überwachüngsbereiches bestimmt.

Durch geeignete Wahl dieser Parameter kann das Auflösungsvermögen über die gesamte Länge des Überwachungsbereiches im wesentlichen konstant gehalten werden.

Aus funktionellen Gründen ist es bevorzugt, wenn die Brennweite der Abbildungsoptik im Verhältnis zum Gegenstandsabstand so groß gewählt ist, daß zwischen der Blende und der Abbildungsebene ein Abstand in der Größenordnung von wenigstens einigen mm vorliegt. Weiter soll der Abstand der Leuchtdioden von der Abbildungsoptik maximal 10—50, vorzugsweise 20—40 und insbesondere 25—35mal so groß wie die Brennweite der Abbildungsoptik sein.

Eine besonders vorteilhafte bauliche Ausgestaltung der Erfindung ist so ausgebildet, daß die Abbildungsoptik streifenförmig ausgebildet ist und sich parallel zu der Reihenanordnung von Leuchtdioden erstreckt.

Die Abbiluungsoptik ist zweckmäßigerweise ein Hohlspiegel, weil dieser in der den gesamten Überwachungsbereich erfassenden Länge einfacher herzustellen ist als eine längliche Linse und hierbei nur eine optische Fläche zu bearbeiten ist

Um bei Verwendung eines Hohlspiegels Störungen des Überwachungsbereiches durch dio Empfangsmittel zu vermeiden, ist der Hohlspiegel um seine Längsachse zweckmäßigerweise derart gekippt, daß der Photoempfänger und die Spaltblende außerhalb des Überwachungsbereiches liegen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spaltbreite so gewählt ist, daß nur Strahlung, welche einen sehr eng begrenzten Winkel zur optischen Achse aufweist, durch diese Spaltblende hindurchtreten kann.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschriebenen dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lichtgitters und einer Auswerteelektronik dafür,

F i g. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung des Lichtgitters nach F i g. 1, wobei einige der nacheinander von den Leuchtdioden ausgesandten Lichtbündel eingezeichnet sind.

Fig. 2a die Anordnung des Photoempfängers hinter der Spaltblende und

F ig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht des Gegenstandes der F i g. 2.

Nach Fig. 1 sind auf einer Linie nebeneinander 10 Strahlungsquellen in Form von GaAs-Dioden 0 bis 9 angeordnet, welche ihr Licht durch den zu überwachenden Raum 23 hindurch zu einem Hohlspiegel 24 richten, in dessen Brennpunkt eine Spaltblende 25 angeordnet ist, hinter der sich ein einziger Photoempfänger 18 befindet, was im einzelnen anhand der folgenden Figuren näher erläutert wird.

Durch einen Ringzähler mit Taktgenerator 11 werden die GaAs-Dioden 0 bis 9 zyklisch zur Abgabe von Lichtblitzen erregt Am Ausgang des photoelektrischen Wandlers 18 entsteht somit ein elektrisches Impulsrechtecksignal vorbestimmter Frequenz.

Beim Eingriff in den Überwachungsraum 23 fallen ein oder mehrere Impulse am Ausgang des photoelektrischen Wandlers 18 aus. Der Impulszug wird über einen Verstärker 16 mit einer ersten niedrigen Schaltschwelle an einen Ausgang 26 gegeben, an den eine bekannte Überwachungselektronik angeschlossen werden kann, die beim Ausfall eines oder mehrerer Impulse ein Warnsignal abgibt

Zum Zwecke der Justierung des Empfängers 18, 24, 25 auf dem Sender 0—9 ist das Au'gangssigna! des Verstärkers 16 außerdem an die einen Hingänge von zwei UND-Gattern 14 bzw. 15 angelegt, deren anderen Eingängen vom Ringzähler 11 her von dem Empfängern 0—9 abgeleitete Eingangssignale zugeführt werden. Statt von den Sendern 0 und 9 könnten auch Signale von anderen der zehn Sender den betreffenden Eingängen der Gatter 14,15 zugeführt werden.

Im vorliegenden Beispiel werden jedoch die Signale der beiden äußersten Empfänger 0 und 9 angelegt.

Die Ausgänge der UND-Gatter 14, 15 sind über normalerweise geschlossene, gesteuerte Schalter 21, 22 an Justierlampen 19,20 angelegt.

Zusammen mit dem Aufleuchten der Strahlungsquellen 0 und 9 werden an den jeweiligen Eingängen der UND-Gatter 14 bzw. 15 Eingangssignale vorliegen. Sind die Strahlungsquellen 0 und 9 nicht richtig zum Photowandler 18 ausgerichtet, so erhalten die beiden anderen Eingänge der Gatter 14,15 kein Signal und die Justierlampen 19, 20 leuchten nicht auf. Entsteht jedoch am Phatowandler 18 beim Aufleuchten eines oder beider Sender 0 und 9 ein Signal, so erscheinen an beiden Eingängen der Gatter 14, 15 Eingangssignale, und das dadurch gebildete Ausgangssignal der Gatter bringt die betreffende Justierlampe 19 oder 20 zum Aufleuchten. Weitere Einzelheiten der Justierhilfe sind in der DE-OS 28 24 311 beschrieben.

Nach Fig.2 ist die Spaltblende 25 im Abstand der Brennweite /vom Scheitel des Hohlspiegels 24 derart angeordnet, daß sich ihr Spalt senkrecht zu dem streifenförmigen Hohlspiegel 24 und der Reihenanordnung der Leuchtdioden 0—9 erstreckt. Der Spalt verläuft also senkrecht zur Zeichnungsebene der F i g. 2. Der Photoempfänger 18 ist nach Fig.2 so angeordnet, daß sich seine Oberfläche in derjenigen Ebtne befindet, in der die Leuchtdioden 0—9 durch den Hohlspiegel 24 scharf abgebildet werden. Der Gegenstandsabstand ist mit a und der Abstand der Abbildungsebene on der Spaltblende 25 mit b bezeichnet. Diese Darstellung ist jedoch nur zwecks übersichtlicher Veranschaulichung der Strahlengänge so gewählt worden. Die Anordnung des Photoempfängers 18 in der Abbildungsebene ist zwar möglich, sofern alles durch den Spalt gelangende Licht den Photoempfänger erreicht. Nach F i g. 2? ist jedoch der ^hotoempfänger 18 unmittelbar hinter der Spaltblende 25 angebracht.

Durch die Spaltblende 25 hindurch wirft der Hohlspiegel 24 im wesentlichen nur parallel zur optischen Achse des Hohlspiegels auffallendes Licht auf die Oberfläche des Photoempfängers 18.

Durch die Pfeile A in F i g. 2 ist die Auflösung des · Lichtgitters am Sender veranschaulicht. Das kleinste Hindernis, das am Sender erkannt werden kann, hat die Größe des Abstandes der beiden Pfeile A, d. h. die Größe des Mittenabstandes zweier benachbarter Leuchtdioden plus der Größe bzw. des Durchmessers ic einer einzigen Leuchtdiode.

Auf der Empfangsseite unmittelbar vor dem Hohlspiegel 24, am Ende des Überwachungsbereiches 23, ist die Auflösung des Lichtgitters durch den Abstand der beiden Pfeile B gegeben. Die Divergenz der einzelnen, \ von den Leuchtdioden ausgehenden Nutz-Lichtbündcl wird durch das Verhältnis der Spaltbreite 25 zur Brennweite des Hohlspiegels 24 bestimmt. Nach F i g. 2 ist die Breite so gewählt, daß sich am Hohlspiegel 24 die Nutz-Lichtbündel benachbarter Leuchtdioden etwa zur .·> Hälfte überlappen. Hierdurch wird einerseits noch eine gute Lichtstärke am Photoempfänger 18 gewährleistet und andererseits auch am Ende des Überwachungsbereiches 23 eine Auflösung erzielt, die nicht wesentlich schlechter als die Auflösung auf der Senderseite ist.

Sofern der Photoempfänger 18 und die Blende 25 baulich sehr klein ausgebildet ist, können sie innerhalb des Überwachungsbereiches 23 liegen, da diese beiden Elemente in diesem Fall den Überwachungsbereich 23 nur unwesentlich unterbrechen.

Ein vollkommen störungsfreier Verlauf des linerwachungsbereiches 23 kann aber nach F i g. 3 auch dadurch verwirklicht werden, daß der Hohlspiegel 24 um seine Längsachse in der dargestellten Weise relativ zu den Einfallslichtbündeln etwas gekippt ist. so daß die Blende 25 und der Photoempfänger 18 seitlich neben dem Überwachungsbereich 23 liegen.

Sofern der Empfänger des Lichtgitters in ein Gehäuse 28 eingebaut wc: den soll, wird der theoretisch an sich mögliche Überwachungsbereich 2? etwas verkürzt, wie das bei 23' in F i g. 3 veranschaulicht ist. Auf diese Weise können Sender und Empfänger als kompakte Kästen verwirklicht werden. Nachdem der Gegenstandsah stand a mindestens lOmal so groß wie die Brennweite des Hohlspiegels 24 ist, geht durch den Einbau des Empfängers in ein quaderförniiges Gehäuse 28 von der Länge des Überwachungsbereiches nicht viel verloren.

Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff Nutz-Lichtbündel umfaßt denjenigen Teil des von jeder Diode ausgehenden Gesamtliehtbündels, der durch die Spaltblende 25 hindurch den Photoempfänger erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtgitter mit einer Reihenanordnung von periodisch und zyklisch nacheinander eingeschalteten Leuchtdioden, einem Überwachungsbereich und einer einen einzigen Brennpunkt aufweisenden Abbildungsoptik, welche das von den Leuchtdioden durch den Uberwachungsbereich geschickte Licht empfängt und Ober eine Spaltblende zu einem dahinter gelegenen Photoempfänger für von den |₀ Leuchtdioden ausgehende Nutz-LichtbOnde! lenkt, wobei sich eines von den beiden Elementen Spaltblende bzw. Photoempfänger im Brennpunkt der Abbildungsoptik befindet und sich der Spalt der Spahblende ferner senkrecht zu der Reihenanord- ,^. nung der Leuchtdioden erstreckt und eine solche Breite aufweist, daß das von den Leuchtdioden ausgehende Licht in Richtung der Reihenanordnung beschnitten wird und somit nur ein Teil des von der Abbildungsoptik erfaßten Lichtbündels zum Photoempfänger gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spalibiende (25) im Brennpunkt der Abbildungsoptik (24) befindet.

2. Lichtgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Photoempfänger (18) unmittelbar hinter der Spaltblende (25) angeordnet ist und das gesamte durch den Spalt hindurchtretende Licht empfängt

3. Lichtgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Abbildungsoptik (24) nur die Nutz-Lichtbündel benachbarter Leuchtdioden überlappen

4. Lichtgitter nach Anspp'ch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutz-Lichtbündel benachbarter Leuchtdioden sich zwischen '/·· und ²Z₃ und Vorzugs- y, weise zur Hälfte überlappen.

5. Lichtgitter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Spaltbreite zur Brennweite der Abbildungsoptik 0,2 · 10-^Jbis2 · ΙΟ-³beträgt

6. Lichtgitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand fa^der Leuchtdioden von der Abbildungsop:ik (24) max. 50maI so groß wie die Brennweite (f) der Abbildungsoptik (24) ist

7. Lichtgitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (24) streifenförmig ausgebildet ist und sich parallel zu der Reihenanordnung von Leuchtdioden erstreckt.

8. Lichtgitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (24) ein Hohlspiegel (24) ist.

9. Lichtgitter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (24) um seine Längsachse derart gekippt ist, daß der Photoempfänger (18) und die Spaltblende (25) außerhalb des Überwachungsbereiches (23) liegen.