DE2923386A1 - Lichtempfindliches zielfeld - Google Patents

Lichtempfindliches zielfeld

Info

Publication number
DE2923386A1
DE2923386A1 DE19792923386 DE2923386A DE2923386A1 DE 2923386 A1 DE2923386 A1 DE 2923386A1 DE 19792923386 DE19792923386 DE 19792923386 DE 2923386 A DE2923386 A DE 2923386A DE 2923386 A1 DE2923386 A1 DE 2923386A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
light guide
target field
field
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19792923386
Other languages
English (en)
Inventor
Andrew Kin Chang
Julius Joseph Muray
James Lawrence Wiederrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FMC Corp
Original Assignee
FMC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FMC Corp filed Critical FMC Corp
Publication of DE2923386A1 publication Critical patent/DE2923386A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/275Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment
    • G01B11/2755Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment using photoelectric detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/10Wheel alignment
    • G01B2210/30Reference markings, reflector, scale or other passive device
    • G01B2210/306Mirror, prism or other reflector

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

  • Lichtempfindliches Zielfeld.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein lichtempfindliches Zielfeld nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei vielen Anwendungen in der Meß- und Prüftechnik ist die Bestimmung der Auftreffstelle eines einfallenden Lichtstrahlbündels auf ein Zielfeld gewünscht. Eine derartige Anwendung ist der Gebrauch eines Lichtstrahlbündels zwm Überprüfen der Einstellung der Vorderräder eines Kraftfahrzeugs. Ein schmales Lichtstrahlbündel wird von einer Lichtquelle auf einen Spiegel gerichtet, der auf dem zu prüfenden Rad befestigt ist. Das Licht wird von diesem Spiegel auf ein lichtempfindliches Zielfeld gespiegelt, das in seiner einfachsten Form eine linierte Karte oder eine Projektion einer Karte sein kann, so daß die Auftreffstelle des Lichtstrahlbündels auf dem Zielfeld durch visuelle Überprüfung bestimmt und aufgezeichnet wird. Die Ergebnlsse werden zur Berechnung von Einstellungen des Rades benutzt.
  • Es ist bereits ein selbstlesendes Zielfeld vorgeschlagen worden, welches eine große Anzahl von lichtempfindlichen Sensoren verwendet, die in sich überschneidenden Reihen und Spalten auf der Vorderseite des Zielfeldes angeordnet sind.
  • Die Überschneidungen bilden die kartesischen Koordinaten eines Gitters. Wenn das Lichtstrahlbündel das Zielfeld trifft, beleuchtet es mindestens einen der Sensoren. Elektrische Signale aus dem durch das Licht angeregten Sensor stellen die vertikalen und horizontalen Koordinaten der Auftreffstelle des Lichtstrahlbündels auf dem Zielfeld dar.
  • Zum Verstärken und Verarbeiten der von jedem Sensor erzeugten Signale werden elektronische Schaltkreise benutzt. Ein derartiges System erfordert einen lichtempfindlichen Sensor und den ihm zugeordneten elektronischen Schaltkreis für jeden Gitterpunkt. Wenn die Zielfelder nicht relativ wenig Koordinatenpunkte aufweisen, wird deshalb die Verwendung genügender Sensoren zur Erzeugung einer genauen Messung teuer.
  • Deshalb kann die Verwendung von Sensoren bei jedem Koordinatenpunkt aus wirtschaftlichen Gründen unannehmbar werden und eine visuelle Ablesung der Auftreffstelle wird notwendig.
  • Wenn visuelle Ablesung benutzt wird, ist es notwendig, die vertikale und horizontale Lage der Auftreffstelle zu beobachten, die Koordinaten aufzuzeichnen und die gewünschten Berechnungen durchzuführen. Das visuelle Ableseverfahren ist langsam, kann den schnell sich ändernden Voraussetzungen nicht folgen und ist menschlichem Versagen ausgesetzt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach aufgebautes und billig herstellbares Zielfeld der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die Koordinaten der Auftreffstelle eines auf das Zielfeld auftreffenden Lichtstrahlbündels genau und automatisch ermittelt.werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Das vorgeschlagene Zielfeld erzeugt elektrische Signale, welche die Lichtauftreffstelle auf dem Zielfeld zumindest bezüglich einer Koordinatenachse anzeigen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Zielfeldes weist die Merkmale des Anspruchs 2 auf. Mit dieser Weiterbildung können die vollständigen Koordinaten der Lichtauftreffstelle durch elektrische Signale angezeigt werden.
  • Dabei wird im Vergleich zur Anzahl der vorhandenen Koordinatenpunkte eine nur verschwindend geringe Anzahl von lichtempfindlichen Sensoren benötigt.
  • Zum Unterdrücken des Uberkoppelns von Licht aus einem Lichtleiter in einen benachbarten Lichtleiter weist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 3 auf.
  • Zur Erhöhung der Lichtenergie, die im Lichtleiter geführt werden kann, sind bei zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung die in Anspruch 4 und Anspruch 5 angegebenen Maßnahmen ergriffen.
  • Zweckmäßigerweise sind die Lichtleiter eines Feldes mit einem der in den Ansprüchen 6 bis 8 angegebenen Stoffen gefertigt. Vorteilhaft ist es dabei, Lichtleiter zu verwenden, die nach den im Anspruch 9 angegebenen Maßnahmen gefertigt sind. Diese Maßnahmen tragen von selbst zu iner Erhöhung der im Lichtleiter geführten Lichtenergie bei.
  • Zu einem hohen Lichtleitvermögen eines Lichtleiters tragen auch die in Anspruch lo angegebene Formgebung und die in Anspruch 11 angegebenen Maßnahmen bei.
  • Ein vorgeschlagenes Zielfeld läßt sich vorteilhaft für Vorrichtungen zum Messen von Radeinstellungen, die mit Lichtstrahlbündeln arbeiten, verwenden.
  • Das Zielfeld der vorliegenden Erfindung verwendet lichtleitende Stäbe als Lichtleiter. Lichtleiter werden aus klarem, transparentem Material gefertigt und weisen eine glatte äußere Oberfläche auf. Ein im Lichtleiter sich ausbreitender Lichtstrahl, der die Oberfläche des Lichtleiters unter einem Winkel zum Lot auf die Oberfläche trifft, der größer ist als der Grenzwinkel für Totalreflexion (Totalreflexionswinkel) wird von der Ob erfläche vollständig reflektiert und längs des Lichtleiters übertragen. Licht, das auf diese Weise übertragen wird, tritt aus der Stirnfläche des Lichtleiters aus, welche gewöhnlich eben und poliert ist, um den Lichtaustritt ohne Streuung zu erleichtern. Lichtleiter werden gewöhnlich wegen ihrer vorteilhaften Fähigkeit,einen großen Prozentsatz von Licht, das bei einem Ende eintritt, zum anderen Ende zu leiten, wo es wieder austritt, für Fernbeleuchtung oder andere Effekte verwendet.
  • Für eine optimale Lichtleitung werden Versuche gemacht, um die Lichtleiter aus klarem, nichtkristallinem Material zu bilden, das die Lichtstreuung innerhalb der Leiter auf einen kleinsten Wert herabdrückt und das einen hohen Brechungsindex aufweist.
  • Die Erfinder dieser Erfindung haben gefunden, daß Lichtleiter, die in einer Weise geformt sind und Eigenschaften aufweisen, die für herkömmliche Lichtleiter unerwünscht sind, zum Herstellen von Zielfeldern für Licht verwendet werden können.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, daß durch Benutzung herkömmlicher stranggepreßter Stäbe aus Acrylkunststoff, welche lichtstreuende Elemente, wie beispielsweise Oberflächenunregelmäßigkeiten, Kristallflächen und kleine Luftblasen enthalten, ein brauchbarer Effekt erhalten werden kann. Bei der Benutzung von Lichtleitern dieses Typs werden Anteile eines einfallenden Lichtstrahlbündels, welches die äußere Oberfläche eines Stabes trifft, auch unter einem Einfalls-0 winkel von 0° an der Totalreflexion innerhalb des Stabes teilnimmt und folglich wird Licht längs des Stabes zu einem oder beiden seiner Enden geleitet. Die Erfinder haben weiter gefunden, daß der vom Stab geleitete Anteil des einfallenden Lichts eine ausreichende Energie aufweist, die von einem bei einem Ende des Stabes angeordneten lichtempfindlichen Sensor festgestellt werden kann. Diese neuen Erkenntnisse liegen der vorliegenden Erfindung zugrunde.
  • Als Beispiel sei angenommen, daß ein Ziel feld für Licht gewünscht ist, welches ein Signal erzeugt, welches anzeigt, daß ein einfallendes Lichtstrahlbündel das Zielfeld bei einer bestimmten Stelle getroffen hat. Nach der vorliegenden Erfindung kann ein derartiges Ziel feld aus einem Feld paralleler, horizontal angeordneter Lichtleiter gebildet werden, welche die erwähnten lichtstreuenden Eigenschaften aufweisen. Wenn die Lichtleiter nahe beisammen sind, wird lichtundurchlässiges Material zwischen benachbarten Lichtleitern angeordnet, um eine Übertragung von Licht aus einem Lichtleiter zum benachbarten Lichtleiter auszuschalten. Bei mindestens einem Ende eines jeden Lichtleiters ist ein lichtempfindlicher Sensor angeordnet. Bei diesem einfachen Zielfeld zeigt die Erregung eines gegebenen Sensors an, daß ein einfallendes Lichtstrahlbündel den Lichtleiter, auf welchen der gegebene Sensor befestigt ist, getroffen hat und das Licht in ihm geleitet wurde.
  • Bei einigen Anwendungen der Erfindung, beispielsweise beim Messen von Radeinstellungen, weist das Zielfeld ein Feld von beispielsweise horizontal angeordneten Lichtleitern auf, die an ihren Enden lichtempfindliche Sensoren aufweisen. Ein Signal eines Sensors zeigt an, daß der Lichtstrahl den zugeordneten Lichtleiter getroffen hat. Dieser liefert seinerseits eine Information über die vertikale Verschiebung des einfallenden Lichtstrahlbündels aus einem Bezugspunkt. Bei solchen Anwendungen liegt der Vorteil des Feldes darin, daß beispielsweise die horizontale Position des Lichtstrahlbündels unwesentlich ist und daß das gleiche Signal für die vertikale Position geliefert wird, unbeachtet der Stelle, wo das Lichtstrahlbündel den Lichtleiter, der das Signal erzeugt, trifft.
  • Die Erfinder haben weiter gefunden, daß, wenn zwei Lichtleiter sich überkreuzen, wobei ein Lichtleiter hinter und in umittelbarer Nachbarschaft zu dem vorderen Lichtleiter angeordnet ist, bei einem den vorderen Lichtleiter treffenden Lichtstrahlbündel ein Teil seiner Energie eingefangen, gestreut und wie vorher beschrieben entlang dem vorderen Lichtleiter geleitet wird. Die Erfinder haben zusätzlich herausgefunden, daß, weil der Einfallswinkel des Lichtstrahlbündels bezüglich des vorderen Lichtleiters klein -in der Größenordnung von Oo - ist, genug Licht des einfallenden Lichtstrahlbündels quer durch den vorderen Lichtleiter hindurchgeht und in das Innere des überkreuzenden hinteren Lichtleiters eintritt. Wie im Fall des vorderen Lichtleiters wird das in den hinteren Lichtleiter eintretende Licht gestreut und ein Teil davon trifft die Oberfläche dieses hinteren Lichtleiters unter einem Winkel, bei dem Totalreflexion erhalten wird. Wenn folglich ein lichtempfindlicher Sensor bei einem Ende eines hinteren Lichtleiters angebracht wird, wird ein Signal erzeugt, welches eine Anzeige für die Position des einfallenden Lichtstrahlbündels längs des vorderen Lichtleiters darstellt.
  • Die beiden Signale, eines vom vorderen und eines vom hinteren Lichtleiter, stellen in Wirklichkeit die Koordinaten der Lichtauftreffstelle des Lichtstrahlbündels auf dem Zielfeld in einem kartesischen Koordinatensystem dar.
  • Durch Übertragen der besagten Entdeckungen in die Praxis können die Erfinder ein Zielfeld aus Lichtleitern erzeugen, welches Signale liefert, welche kartesische Koordinaten der Lichtauftreffstelle auf dem Zielfeld darstellen. Dies wird mittels zweier Felder von sich überschneidenden Lichtleitern ausgeführt. Die Lichtleiter im vorderen ebenen Feld sind in einer Richtung, beispielsweise der horizontalen, ausgerichtet, und die Lichtleiter im hinteren Feld in einer anderen Richtung, beispielsweise der vertikalen. Die Stelle, bei der sich zwei Lichtleiter im Bereich des Zielfeldes überschneiden, stellt eine Position dar, die in kartesischen Koordinaten als Verschiebung aus einem einzigen Bezugspunkt aufgefaßt werden kann, Wenn ein Lichtstrahlbündel einen der Lichtleiter des vorderen Feldes bei irgendeiner Stelle in Längsrichtung des Lichtleiters trifft, wird die Position dieses Lichtstrahls längs einer Koordinatenachse, die auf dem vorderen Lichtleiter senkrecht steht, durch den Sensor am Ende des Lichtleiters signalisiert. Da, wie schon erwähnt, ein Teil des Lichts durch den vorderen Lichtleiter hindurchgeht und in den überkreuzenden hintern Lichtleiter eintritt, erzeugt der diesem hinteren Lichtleiter zugeordnete Sensor ein Signal, das die Koordinate längs einer Achse darstellt, die auf dem hinteren Lichtleiter senkrecht steht.
  • So werden zwei Signale erzeugt, von denen jedes die Position des auftreffenden Lichtstrahlbündels längs einer von zwei sich überkeuzenden Koordinatenachsen lokalisiert.
  • Einer der Vorteile dieses Systems ist die Reduzierung der Anzahl von lichtempfindlichen Sensoren und elektronischen Schaltkreisen, die zur Erzeugung der besagten Koordinateninformation notwendig sind. Als Beispiel sei angenommen; daß ein Ziel feld aus 20 in einer Richtung ausgerichteten Lichtleitern und aus 20 überkreuzenden, in einer anderen Richtung ausgerichteten Lichtleitern zusammengesetzt ist.
  • Die Anzahl der Überkreuzungspunkte oder Koordinatenpunkte eines derartigen Feldes ist gleich oo und diese Anzahl von Sensoren und zugeordneten Schaltkreisen wäre erforderlich, um jede Koordinatenposition des einfallenden Lichtstrahlbündels direkt festzustellen -Mit einem Zielfeld nach der vorliegenden Erfindung sind nur 40 Sensoren und zugeordnete Verstärkerkreise erforderlich, um die gleiche Endinformation zu erhalten. Folglich kann mit der vorliegenden Erfindung ein relativ großflächiges Ziel feld bei wirtschaftlich vertretbaren Kosten erzeugt werden Die vorstehende Diskussion schloß mit der Bezugnahme auf ein doppeltes Feld sich überkreuzender Lichtleiter, aber wie schon erwähnt, hat bei einigen Anwendungen auch ein Einzelfeld seine Zweckmäßigkeit. Beispielsweise wird ein einzelnes Feld aus Lichtleitern zur Anzeige der Radspur in der US-Patentanmeldung US-Ser Nr. 773 638 angewendet.
  • Der Gegenstand dieser Anmeldung bezieht sich auf das Hin-und Herlenken eines Lichtstrahlbündels längs einer senkrecht zu den Lichtleitern im Feld senkrecht angeordneten Achse und auf die Anordnung von Mustern aus lichtundurchlassigem Material längs der Lichtleiter, so daß der resultierende Satz von Signalen und Nichtsignalen eine binärvercoderte Anzeige der Position des längs der Achse der Lichtleiter hin- und hergelenkten Lichtstrahlbündels wiedergibt.
  • Die vorliegende Erfindung wird in ihren breitesten Aspekten folgendermaßen zusammengefaßt. Es ist ein Zielfeld zum Abtasten der Position eines einfallenden Lichtstrahlbündels geschaffen worden und das Ziel feld enthält eine Anzahl von länglichen Lichtleitern, die in einem im wesentlichen ebenen Feld befestigt sind, wobei die Lichtleiter in dem Feld geradlinig verlaufende, parallel nebeneinander angeordnete Züge aufweisen. Bei einem stirnseitigen Ende eines jeden Lichtleiters ist ein Sensor angeordnet, welcher ein elektrisches Signal erzeugt, das anzeigt, daß der zugeordnete Lichtleiter vom Lichtstrahlbündel, das die Lichtleiter seitlich trifft, getroffen wurde.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Zielfeldes mit zwei Feldern aus Lichtleitern, Fig. 2 in einer Draufsicht einen Teil einer Halterung zum Befestigen von Lichtleitern in einem Einzelfeld, Fig. 3 in Draufsicht einen Teil des Zielfeldes nach Fig. 1, in dem schematisch eine Art der Lichtstreuung und Leitung entlang eines vorderen Lichtleiters dargestellt ist, Fig. 4 eine Draufsicht ähnlich der der Fig. 3, in der andere Arten der Lichtstreuung und Leitung längs eines vorderen Lichtleiters schematisch dargestellt sind, und Fig, 5 ein Blockdiagramm, welches die Benutzung eines Zielfeldes nach Fig. 1 in Verbindung mit einem elektronischen Schaltkreis für eine Vorrichtung zum Messen von Radeinstellungen.
  • Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die zur Erzeugung von Signalen verwendbar ist, welche die Koordinaten eines einfallenden Lichtstrahlbündels bezüglich eines Koordinatenkreuzes mit aufeinander senkrecht stehenden Koordinatenachsen darstellen. Im gezeigten Beispiel können die horizontale Achse x-x und die vertikale Achse y-y als Koordinatenachsen betrachtet werden. Die Ausführungsform der Fig. 1 wird in Verbindung mit einer Anwendung als lichtempfindliches Ziel feld für eine Vorrichtung zum Messen von Radeinstellungen beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen aber auch andere grundlegende Anwendungen des Zielfeldes als ein Gerät zum Ermitteln der Positionen von Lichtstrahlbündeln.
  • Das Zielfeld 1o der Fig. 1 zeigt zwei ebene Felder aus Lichtleitern. Das vordere ebene Feld H enthält gerade, parallel nebeneinander angeordnete Stäbe oder Lichtleiter y (-n) y (-8), y (-7), yO, y (1), y (2), y (3), y (4), y (5), y (n). In der gezeigten Ausführungsfgrm sind jeweils zwei benachbarte der Lichtleiter y (-n) bis y(n) durch eine lichtundurchlässige Grenzschicht voneinander getrennt. In der gezeigten Ausführungsform ist dies durch Zwischenlegen dünner Streifen 12 aus Beilagblech bewerkstelligtq Die Stäbe oder Lichtleiter sind aus klarem, durchsichtigem Material gebildet, das eine glatte äußere Oberfläche aufweist. Die Bezugs zeichen y (-n) bis y (n) für die horizontalen Stäbe oder Lichtleiter enthalten den Buchstaben "y", weil diese Lichtleiter eine Information über die Position eines einfallenden Lichtstrahlbündels auf der vertikalen oder y-Achse liefern. Jeder der horizontalen Stäbe y (-n) bis y (n) ist mit einer ebenen, glatten Stirnfläche 13 (Fig. 3} versehen, aus der Licht, das im Stab geleitet wird,- austreten kann. Bei der Stirnfläche 13 eines jeden horizontalen Stabes y (-n) bis y (n) ist ein lichtempfindlicher Sensor 14 angeordnet. Alle Sensoren 14 sind gleich aufgebaut und deshalb mit dem gleichen Bezugszeichen 14 versehen. Der einzige Unterschied zwischen den Sensoren besteht darin, daß sie verschiedenen Stäben zugeordnet sind, Ein Beispiel, wie die Sensoren 14 an den Stirnflächen 13 ihrer zugeordneten Stäbe befestigt sein können, ist aus den Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Nach Fig. 3 ist ein Sensor 14 mittels einer dünnwandigen Haube 16 aus elastischem Material, beispielsweise Gummi, gegen eine Stirnfläche 13 gehalten. Zwei elektrische Leitungen 18 und 2c, die vom Sensor 14 fortführen, sind in der Fig. 3 ebenfalls dargestellt. Jedes Leitungspaar überträgt ein signal, welches anzeigt, daß das einfallende Lichtstrahlbündel den betreffenden Stab getroffen hat. Wenn eine der Leitungen, beispielsweise die Leitung 20, wie dargestellt, geerdet ist, ist das Signal eine Spannung oder eine Spannungsänderung relativ zur Erde.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist es normalerweise notwendig, Filtertechniken anzuwenden, die verhindern, daß sich durch umgebendes Licht erzeugte Signale mit den am Ausgang der Leitungen 18 und 20 ausgelesenen Signalen überlagern. Es kann dazu ein optisches Filter benutzt werden, das vor den Sensoren 14 angeordnet ist und das nur Licht aus dem schmalen Frequenzbereich des auf das Zielfeld auftreffenden Lichtstrahlbündels, beispielsweise ein Laserstrahl, durchläßt. Das einfallende Lichtstrahlbündel kann auch mit einer bestimmten Frequenz laufend unterbrochen werden und eine an diese Frequenz angepaßte elektronische Filterschaltung kann mit den Leitungen 18 und 20 verbunden sein, so daß er die von ihnen abgegebenen Signale empfängt und überträgt.
  • Neben dem vorderen Feld H aus horizontalen Stäben y (-n) bis y (n) weist das Zielfeld lo nach der Fig. 1 auch ein hinteres Feld V aus vertikalen lichtleitenden Stäben auf, die mit den Bezugszeichen x (n), x (9) bis x (1), xo, x (-1) bis x (-7) und x (n) bezeichnet sind. Diese Bezugszeichen enthalten den Buchstab x, weil, wenn auf einem dieser vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) ein Lichtstrahlbündel auftrifft, dieser Stab eine entsprechende Stelle auf der'x-Achse darstellt. Auf einer Stirnseite eines jeden dieser vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) ist jeweils ein lichtempfindlicher Sensor 22 in der in Fig. 1 dargestellten Weise angebracht und da alle diese Sensoren 22 gleich aufgebaut sind, sind sie alle mit dem gleichen Bezugs zeichen 22 versehen Jeder Sensor 22 weist elektrische Leitungen 24 und -26 auf, die zum Anschließen an einen Verstärker oder einen anderen elektronsichen Schaltkreis dienen. Zwischen jeweils zwei benachbarten der vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) ist ein Streifen 28 aus Beilagblech angeordnet und bildet eine lichtundurchlässige optische Grenzschicht, die verhindert, daß zwischen den Stäben Licht überkoppeln kann. Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind die Rückseiten der-vertikalen Stäbe x (n bis x (-n) mit einem lichtreflektierenden Material 30 bedeckt, welches Licht, das sonst verloren ginge, zurück in die Stäbe spiegelt und deshalb die Wirksamkeit der Stäbe als Lichtleiter erhöht. Es können auch andere spiegelnde Mittel eingesetzt werden.
  • Die Art und Weise, in der das Feld H paralleler horizontaler Stäbe y (-n) bis y (n) und das Feld V paralleler vertikaler Stäbe x (n) bis x (-n) befestigt sind, so daß die beiden ebenen Felder nebeneinander oder aneinander angrenzend angeordnet sind, ist nicht erfindungswesentlich. Eine geeignete Befestigung ist zum Teil in der Fig. 1 gezeigt. Das hintere Feld V ist durch eine rückseitige Stützplatte 32 abgestützt, welche zu beiden Seiten bei 34 nach vorne gebogen und mit einem Flansch 36 versehen ist. Ein vertikaler Befestigungsstreifen 38 hält die Enden des Feldes H aus horizontalen Stäben y (-n) bis y (n) gegen die Flansche 36 neben das hintere Feld V aus vertikalen Stäben x (n) bis x (-n) oder an sie angrenzend. Die Streifen 38 sind am entsprechenden Flansch 36 mit einer Befestigung 40 befestigt. Die Stützplatte 32 kann, falls die vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) nicht mit einer vorstehend erwähnten reflektierenden Oberfläche 30 versehen sind, mit einem weißen Anstrich oder ähnlichem versehen sein, damit Licht in die vertikalen Stäbe zurückgespiegelt wird.
  • Theorie der lichtleitenden Wirkung bei einem seitlich einfallenden Lichtstrahlbündel Wie schon erwähnt, haben die Erfinder herausgefunden, daß ein Lichtstrahlbündel, welches einen Einfallswinkel in der Größenordnung von Oo zur äußeren Fläche oder Außenseite eines richtig geformten Lichtleiters hat, eine über die gesamte Länge des Leiters zu übertragende Lichtenergie bewirkt, die ausreicht, einen lichtempfindlichen Sensor an einem Ende des Lichtleiters anzuregen. Der lichtempfindliche Sensor erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, welches anzeigt, daß der entsprechende Leiter ein einfallendes Lichtstrahlbündel unterbrochen hat.
  • Die Fig. 3 stellt in vergrößerter Darstellung einen horizontalen Schnitt durch einen Teil des Zielfeldes lo dar, der zeigt, daß als ein Vorgang für die Erzeugung der besagten Ergebnisse angenommen wird. In dieser Figur ist die Tätigkeit des Lichts innerhalb eines horizontalen Stabes y (i) schematisch dargestellt. Die vertikalen Stäbe x (-5) bis x (-n) sind im Querschnitt dargestellt und es wird darauf hingewiesen, daß diese Stäbe einen kleineren Durchmesser aufweisen als die horizontalen Stäbe y (n) bis y (-n).
  • Dies ist eine optische Gestaltung, deren Vorteile noch erklärt werden.
  • Ein einfallender Lichtstrahl oder ein einfallendes Lichtstrahlbündel wird nun durch das Ziel hindurch verfolgt.
  • Es sei angenommen, daß der Strahl oder das Bündel b die äußere Oberfläche des Stabes y (i) in einem Punkt p trifft und in der Praxis sind die Einfallswinkel der vom Zielfeld empfangenen Lichtstrahlen in der Größenordnung von 00, was schon erwähnt wurde. Im Schema der Fig. 3 ist angenommen, daß der Stab y (i) so ausgebildet ist, daß er leichte Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche, beispielsweise die mit s bezeichnete Unregelmäßigkeit aufweist. Wenn ein Lichtstrahl quer zum Stab sich ausbreitet und derartige Oberflächenunregelmäßigkeiten trifft, wird er in Strahlen gestreut, die sich durch den Stab in verschiedenen Richtungen ausbreiten, so wie beispielsweise die Strahlen bl und b2 in der Fig. 3.
  • Der Strahl bl ist der interessierende Strahl, weil, wenn er die gegenüberliegende Oberfläche des Stabes trifft, ist sein Einfallswinkel A zum Lot dieser Oberfläche größer als der Einfallswinkel für die Totalreflexion. Der Totalreflexionswinkel hängt sehr vom Brechungsindex des Stabmaterials ab und kann nach dem Snell'schen Gesetz berechnet werden, wie es auf Seite 843 von "University Physics" von Sears et al. Addison-Wesley Publishing Company, Inc.
  • of Reading Massachusetts, 1965 Edition, erklärt ist. Unter der Annahme, daß der Strahl bl keine weiteren Oberflächenstörungen mehr trifft wird er längs des Stabes y (i) laufend reflektiert, bis er aus der Stirnflache 13 des Stabes austritt und den Sensor 14 trifft, wodurch ein elektrisches Signal über die Leitungen 18, 20 abgegeben wird. Der andere Strahl b2 weist einen Einfallswinkel zum Lot der gegenüberliegenden Oberfläche auf, der kleiner als der Totalreflexionswinkel ist. Dieser Strahl b2 tritt also aus dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Stabes y (i) aus und ist folglich verloren, wenn er nicht auf eine andere Streustelle in der gegenüberliegenden Oberfläche trifft.
  • Ein Teil der im Lichtstrahl b enthaltenen Lichtenergie tritt aus der Rückseite des horizontalen Stabes v (i) aus und in einen vertikalen Stab (-5), wie es in der Fig. 3 gezeigt ist, als Lichtstrahl b3 wieder ein. Ein Teil des Lichts in diesem Lichtstrahl wird ebenfalls durch Oberflächenunregelmäßigkeiten und wie es im Zusammenhang mit dem horizontalen Stab y (i) erklärt ist, gestreut und wird folglich längs des Stabes x (-5) geführt, um einen auf der Stirnseite dieses Stabes angebrachten Sensor 22 anzuregen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Stäbe aus stranggepreßtem Material, beispielsweise einem Acrylkunststoff, gefertigt, und Unregelmäßigkeiten, wie sie beispielsweise bei s bestehen, werden während des Strangpressens ausgebildet.
  • Die Fig. 4 zeigt ein dem der Fig. 3 ähnelndes Schema, welches ein anderes Phänomen darstellt, von dem angenommen wird, daß es bewirkt, daß ein einfallender Lichtstrahl entlang eines Stabes y (i) zum lichtempfindlichen Sensor 14 geführt wird. Wie erwähnt, sind in der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die lichtleitenden Stäbe aus stranggepreßtem Acrylkunststoff gefertigt. Das Strangpressen hat nicht nur Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche, beispielsweise die Unregelmäßigkeiten s in Fig. 3 zur Folge, sondern bewirkt auch, daß der Körper der Stäbe aufgrund der am Stab während des Strangpreßvorgangs ausgeführten Arbeit von etwas kristalliner Natur ist.
  • Beispielsweise ist in der Fig. 4 bei c eine Kristallfläche angedeutet, welche die Kristallfläche eines kleinen, beim Bearbeiten des Materials gebildeten Kristalls ist. Wenn ein den Lichtstrahl b enthaltendes Lichtstrahlbündel eine solche Kristallfläche trifft, wird es als Strahlen gestreut, die in verschiedene Richtungen reflektiert oder gestreut werden. Als Beispiel ist ein gestreuter Lichtstrahl b4 gezeigt, der die Vorderseite des Stabes unter einem Einfallswinkel A trifft, der größer als der Totalreflexionswinkel ist. Folglich kann der gestreute Strahl b4 sich wegen der Totalreflexion im Stab ausbreiten. In der Fig. 4 ist auch eine Annahme dargestellt, bei welcher der reflektierte Strahl b4 auf eine andere Kristallfläche c2 trifft, wodurch zusätzliche gestreute Lichtstrahlbündel oder Lichtstrahlen b5; b6 und b7 erzeugt werden. Unter der Annahme, daß sie nicht mehr gestreut werden, treffen die Strahlen b5 und b6 auf den Sensor 14, weil sie der Totalreflexion unterworfen sind.
  • Ein Strahl, wie der Strahl b7, der von der streuenden Kristallfläche c2 ausgeht, kann in Richtung des vertikalen Stabes x (-1) gerichtet sein. Jedoch würde die Intensität dieses Strahls so klein sein, daß,selbst wenn er in den vertikalen Stab eintritt und darin gestreut wird, die Dämpfung dieses gestreuten Strahls so ist, daß er nicht genügend Energie aufweist, um in dem diesen vertikalen Stab zugeordneten Sensor 22 ein Signal zu erzeugen.
  • Ein von der Kristallfläche c2 gestreuter Strahl b6 erreicht aufgrund der Wirkung der Totalreflexion ebenfalls den Photosensor 14. Ein Strahl b8 wird von der ersten Kristallfläche c weggestreut und es ist angenommen, daß dieser Strahl keine weiteren Streuzentren mehr trifft und folglich aufgrund der Totalreflexion ebenfalls auf den Sensor 14 trifft, Lichtstrahlen, wie der Lichtstrahl b9 und der Lichtstrahl blo, die von der ersten Kristallfläche c weggestreut werden, breiten sich in Richtungen ausr in welchen sie den bei einer Stirnseite des lichtleitenden Stabes angebrachten Sensor 14 nicht erreichen können. Das einfallende Lichtstrahlbündel b kann auch so betrachtet werden, daß es einen Lichtstrahl bll enthält, welcher von der ersten Kristallfläche c nicht gestreut wird und folglich in einen auf der Rückseite angeordneten vertikalen Stab x (-6) eintritt. Dieser Strahl wirdr wie im Fall des Strahls b3, der im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben wurde, in der soeben beschriebenen Art und Weise gestreut und erzeugt bei dem diesem vertikalen Stab x (r6j zugeordneten Sensor 22 eine hinreichende Lichtenergie, um diesen Sensor zu aktivieren.
  • Abschätzungen, die auf einfachen Versuchen beruhen, zeigen, daß nur ein Bruchteil des einfallenden Lichts längs eines lichtleitenden Stabes sich fortpflanzt und einen Sensoren der Stirnseite des Stabes aktiviert. Darüber hinaus wird das längs des Stabes sich fortpflanzende Licht durch Streuung abgeschwächt und je weiter die Lichteinfallsstelle vom Sensor entfernt ist, desto größer ist die Dämpfung. So können beispielsweise nur 2 % eines einfallenden, in den Stab eintretenden Lichts einen auf dem Stab angebrachten Sensor erreichen. Jedoch weist das einfallende Lichtstrahlbündel b hinreichende Intensität auf, beispielsweise wenn es ein fokussierter oder nichtfokussierter Laserstrahl ist, daß die den Sensor erreichende Lichtenergie die Energieschwelle des Sensors überschreitet und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.
  • Wenn es erwünscht ist, die in Fig. 4 dargestellte Streuwirkung künstlich zu erhöhen, können die lichtleitenden Stäbe so ausgebildet werden, daß sie eine Anzahl von diskreten, lichtreflektierenden und streuenden Teilchen 42 enthalten, beispielsweise reflektierende oder lumineszierende Plättchen. Nur zwei derartige Teilchen sind in der Fig. 4 angedeutet, obwohl es einleuchtet, daß eine große Anzahl dieser Teilchen über den ganzen Stab verteilt ist. Die streuende Wirkung eines Teilchens, wie das in Fig. 4 dargestellte Teilchen 42, ist ähnlich der einer Kristallfläche c und wird folglich im einzelnen nicht beschrieben. Darüber hinaus können handelsüblich hergestellte Kunststoffstäbe eine Vielzahl kleiner Luftblasen 43 enthalten, die ebenfalls streuende Oberflächen liefern.
  • Zusammenfassuna der Arbeitsweise des Zielfeldes Obwohl die Arbeitsprinzipien des Zielfeldes nach der vorliegenden Erfindung umrissen worden sind, werden sie im Zusammenhang mit der perspektivischen Darstellung der Fig 1 noch einmal besprochen. In dieser Fig. 1 ist ein einfallendes Bezugslichtstrahlbündel b dargestellt, welches das Zielfeld 0 lo im Bezugspunkt xO, yO, der den PULE St yo auf der vertikalen Achse darstellt, trifft. Der horizontale lichtleitende Stab yO unterbricht das Lichtstrahlbündel und verläuft senkrecht zur vertikalen Koordinatenachse y-y. Oberhalb des lichtleitenden Stabes yO, welcher einen Bezugsstab darstellt, sind die lichtleitenden Stäbe y (1), y (2) bis y (n) angeordnet, welche Signale erzeugen können, welche positiven y-Koordinaten entsprechen, die die Verschiebung von der horizontalen oder x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems wiedergeben. Das dargestellte Zielfeld ist unterhalb des horizontalen Bezugs stabes yO unterbrochen, tatsächlich liegt unmittelbar unterhalb des Bezugsstabes yO ein Bezugsstab y (-1) und darunter folgen Bezugs stäbe y (-2) bis y (-6), die alle nicht dargestellt sind, Erst die darunter folgen horizontalen Bezugs stäbe y (-7) bis y (-n) sind wieder dargestellt.
  • In der Fig. 1 stellt das einfallende Lichtstrahlbündel b ein Lichtsignal aus einer Meßvorrichtung dar, beispielsweise einen von einem Radspiegel einer Radeinstellvorrichtung gespiegelten Laserstrahl. Eine derartige Radeinstellvorrichtung ist beispielsweise in der Patentanmeldung US-Ser, Nr. 913 779 beschrieben.
  • Das Lichtstrahlbündel b trifft den horizontalen lichtleitenden Stab y (3) im Punkt p. Dies bedeutet in Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems, bei dem der Punkt X0? y0 den Bezugspunkt oder Ursprung, auf den die Koordinaten bezogen werden, darstellt, daß der Punkt p eine y-Koordinate von +3 aufweist. Ein entsprechendes Signal aus dem zugeordneten Sensor 14 wird auf eine mit dem Zielfeld verbundene Aufwertungseinheit übertragen, welche anzeigt, daß der Stab y (3) das Lichtstrahlbündel b unterbrochen hat.
  • Wie schon erwähnt, messen die horizontalen lichtleitenden Stäbe y (-n) bis y (n) die y-Koordinaten des Punkts p, d. h.
  • die Verschiebung des Punkts p vom Bezugspunkt yO längs einer zur vertikalen y-Achse parallelen Achse. Diese Verschiebungsmessung ist unabhängig von der Lage des Punkts p längs des gegebenen horizontalen Stabes, beispielsweise des Stabes y (3) und folglich auch unabhängig von der x-Koordinate des Punkts p. Folglich könnte, wenn es erwünscht wäre und wie es im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben wird, ein Feld von horizontalen lichtleitenden Stäben y (-n) bis y (n) allein als Einrichtung zum Abfühlen der Lage eines einfallenden Lichtstrahlbündels bezüglich eines Bezugsstabs entlang einer senkrecht zu den Stäben verlaufenden Achse benutzt werden. In einem solchen Fall könnten die Rückseiten der horizontalen Stäbe des Feldes mit einem spiegelnden Überzug, wie beispielsweise der bei den vertikalen Stäben nach der Fig. 3 verwendete Überzug 30, abgedeckt werden, um die Wirksamkeit der Lichtleitung längs der Stäbe zu erhöhen.
  • In der vorangegangenen Erklärung der Fig. 1 ist angenommen worden, daß eine Verschiebung des einfallenden Lichtstrahlbündels b längs eines horizontalen Weges einer Verschiebung Null des Lichtstrahlbündels längs einer vertikalen Achse dar--stellt. Bei manchen Konstruktionen könnten Versuche oder Messungen eine Situation liefern, in welche der Verschiebungsweg des einfallenden Lichtstrahlbündels b, welcher einer verschwindenden vertikalen Ablenkung entspricht, tatsächlich ein Weg sein, der etwas gegen die Horizontale geneigt ist. Ein Zielfeld, ähnlich dem der Fig. 1, würde, wenn es zur Messung der Lage des einfallenden Lichtstrahlbündels unter den besagten Umständen angeordnet wäre, so aufgebaut sein, daß die horizontalen lichtleitenden Stäbe so geneigt sind, daß sie parallel zum besagten geneigten Bezugsweg verliefen und nicht horizontal.
  • Wie schon erwähnt, mißt das Zielfeld lo nach der Fig. 1 nicht nur die vertikale Verschiebung der Auftreffstelle p vom vertikalen Bezugspunkt yO, sondern auch die horizontale Verschiebung dieses Punkts p vom horizontalen Bezugspunkt x . Dies wird durch das hintere Feld -V mit den vertikal ano geordneten lichtleitenden Stäben x (n) bis x (-n) ermöglicht.
  • In der Fig. 1 trifft das einfallende Lichtstrahlbündel b den horizontalen Stab y (3}, der ein Signal für die vertikale Koordinate oder vertikale Verschiebung erzeugt, wie es vorstehend beschrieben ist. Zusätzlich und wie es im Zusammenhang mit der Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben worden ist, wurde herausgefunden, daß ein Teil des einfallenden Lichts, das von dem waagerechten Stab y (3) empfangen wird, sich quer zu diesem Stab ausbreitet und in einen vertikalen Stab eintritt, der sich hinter dem Punkt p befindet. In dem dargestellten Beispiel ist dies der Stab x (5). Wie schon beschrieben, wurde herausgefunden, daß Licht in den Stäben gestreut und gespiegelt wird und daß genug Lichtenergie den zugeordneten Sensor 22 erreicht, um ein Signal auf den Leitungen 24, 26 zu erzeugen. Wenn also zwei Felder benutzt werden; werden Signale erzeugt,die zum Anzeigen der Verschiebung des einfallenden Lichtstrahlbündels aus einem Bezugspunkt entlang zweier Achsen umgewandelt werden können.
  • Wie schon erwähnt, können die Stäbe y (-n) bis y (n) unter gewissen Umständen gegen die Horizon-tale geneigt sein. In diesem Fall können die Stäbe x (n) bis x (-n) gegen die Vertikale unter dem gleichen Winkel geneigt sein, wenn beabsichtigt ist, daß sie die Verschiebung des Lichtstrahlbündels Iängs einer Achse messen, welche parallel zur Achse der horizontalen Stäbe y (-n) bis y (n) ist. Unter diesen Annahmen würden die vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) senkrecht zu den gegen die Horizontale geneigten Stäben y (-n) bis y (-n) bleiben und folglich würde das gesamte Feld gegen die horizontale und vertikale Lage der in Fig. 1 dargestellten Stäbe um den Abweichungswinkel des geneigten Bezugsweges bei Null-Ablenkung geneigt sein.
  • Eine andere Situation könnte vorhanden sein, in welcher der Weg eines Lichtstrahlbündels entlang eines der horizontalen Stäbe, der eine Null-Abweichung entlang der y-Achse darstellt, geneigt ist, aber es gewünscht wird, die Lage des Lichtstrahlbündels entlang einer x-Achse, die horizontal ist, zu messen.
  • Unter diesen Umständen wäre das Feld der horizontalen Stäbe y (-n) bis y (n) wie vorher geneigt sein, aber die vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) des Feldes V wären richtig vertikal angeordnet und folglich würden sich die Stäbe der beiden Felder nicht im Winkel von 9o° überkreuzen. Offensichtlich sind andere Kombinationen von Bezugs achsen möglich, wobei der springende Punkt darin liegt, daß Stäbe des hinteren Feldes V nicht notwendigerweise senkrecht auf den Stäben des vorderen Feldes H stehen.
  • Spezielles Beispiel für den Aufbau eines Zielfeldes mit zwei Feldern In der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung mit zwei Feldern sind die Stäbe y (-n) bis y (n) aus stranggepreßten zylindrischen Stäben aus Acrylkunststoff, beispielsweise Methylmethacrylsäureester, gefertigt. Ein Beispiel für dieses Kunststoffmaterial ist im Handel unter der Handelsmarke Lucite erhältlich. Das Rohmaterial wird von der E,I. duPont de Nemours Inc., Delaware, Maryland, hergestellt, Das Material weist einen Brechungsindex von 1,49 auf und unter diesen Bedingungen liegt der Totalreflexionswinkel A bei 420. Die Stäbe y (-n) bis y (n) im horizontalen Feld H weisen einen Durchmesser von o,9525 cm auf und die Stäbe x (n) bis x (-n) im vertikalen Feld V einen halb so großen Durchmesser wie die horizontalen Stäbe auf. Die vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) sind kleiner als die horizontalen Stäbe y (-n) bis y (n), weil bei der Benutzung des Feldes zum Einstellen von Rädern die Verschiebung längs der Achse, die durch die vertikalen Stäbe gemessen wird, eine Messung der Radspur darstellt. Die zulässigen Winkeltoleranzen sind beim Messen der Radspur kleiner als die zulässigen Toleranzen bei der Messung des Radsturzes, der von den horizontalen Stäben gemessen wird. Die waagerechten Stäbe können daher größer sein. Je kleiner die Stäbe in einem gegebenen Feld sind, desto genauer ist offensichtlich die Messung, bei welcher das Feld zum Messen der Verschiebung eines Lichtstrahlbündels längs einer zu diesen Stäben senkrechten Achse verwendet wird. Der Durchmesser der Stäbe für das oder jedes Feld wird entsprechend der erforderlichen Meßgenauigkeit ausgewählt. Es könnten auch Stäbe mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt verwendet werden, es ist jedoch bekannt, daß derartige Stäbe eine größere Dämpfung aufweisen als Stäbe mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt.
  • In dem dargestellten Zielfeld sind die horizontalen Stäbe y (-n) bis y (n) 23,495 cm lang und das vordere Feld H weist 43 derartiger Stäbe auf. Die vertikalen Stäbe x (n) bis x (-n) sind 49,53 cm lang und das hintere Feld V enthält 32 derartiger Stäbe. Die Stäbe sind durch Befestigungsstreifen, beispielsweise der in Fig. 1 dargestellte vertikale Streifen 38 maskiert, so daß die effektive Zielfläche, die dem Lichtstrahlbündel ausgesetzt ist, ein vertikal angeordnetes rechteckförmiges Zielfeld ist, das ein Zielfenster aufweist, welches 17,78 cm breit und 43,815 cm hoch ist.
  • Als Photosensoren 14, 22 sind in einem für Versuche dienenden Prototypen eines Zielfeldes Vorrichtungen mit Hellwiderstand verwendet worden, aber es können auch andere lichtempfindliche Sensoren verwendet werden, beispielsweise lichtempfindliche Siliciumdioden.
  • Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel weist 1376 Überschneidungen auf, von denen jede eine meßbare x-Koordinate und y-Koordinate darstellt. Diese Messungen werden durch Verwendung von 75 lichtempfindlichen Sensoren und den damit verbundenen Schaltkreisen erhalten. Dadurch werden gegenüber einem Zielfeld, welches bei jedem Überschneidungspunkt oder bei jeder Koordinate einen lichtempfindlichen Sensor benötigt, 1301 Sensoren eingespart.
  • Beispiel für die Anwendung des Zielfeldes Die nun folgende Beschreibung zeigt eine Anwendung des Zielfeldes lo in einem Schaltkreis für eine Einrichtung zum Messen von Radeinstellungen eines Kraftfahrzeugs. Der Schaltkreis und das optische System sind im einzelnen in der Patentanmeldung US-Ser. Nr. 913 779 beschrieben. Der mit dem Ziel feld lo am nächsten in Verbindung stehende Schaltkreis wird anhand der Fig. 5 kurz beschrieben.
  • Während der Messung, wenn das einfallende Lichtstrahlbündel das Zielfeld lo im Punkt p (Fig. 1) trifft, werden mindestens einer der den horizontalen Stäben zugeordneten Sensoren 14 und wenigstens einer der den vertikalen Stäben zugeordneten Sensoren 22 angeregt. Es sei erwähnt, daß es möglich ist, ein Lichtstrahlbündel mit relativ zu den Stäben großem Querschnitt zu verwenden, bei welchem irei oder sogar mehr benachbarte Stäbe auf einmal beleuchtet werden, ohne daß die Genauigkeit darunter leidet. Weiter wird darauf hingewiesen, daß die Sensoren 22 der vertikalen Stäbe in Fig. 5 auf der Unterseite des Feldes V angeordnet sind und nicht auf der Oberseite, wie in Fig. 1. Jeder der angeregten Sensoren erzeugt ein Signal, welches einer binären Eins entspricht. Die Signale aus dem Feld V werden parallel in ein X-Schieberegister 62 als Speicherelement eingegeben, In ein Y-Schieberegister 63 werden die Signale aus dem Feld H eingegeben. Schieberegister sind allgemein bekannt und die Anzahl der Speicherelemente für jeweils ein Bit in jedem Schieberegister entspricht der Anzahl der mit ihm verbundenen lichtempfindlichen Sensoren. Ein Speicherelement für ein Bit kann beispielsweise eine bistabile Kippschaltung sein Jeder der lichtempfindlichen Sensoren 14, 22, der nicht angeregt ist, erzeugt ein Signal, welches einer binären Null entspricht. Diese Signale werden ebenfalls an die entsprechenden Speicherelemente in den zugeordneten Schieberegistern eingegeben. Es werden Steuertaktimpulse erzeugt, welche die binären Einsen und Nullen freigeben, so daß sie periodisch in das X- bzw. Y-Schieberegister eingegeben werden können und die gespeicherte Information aus den Registern herausgeschoben werden kann. Die logische Steuerung umfaßt einen Taktgeber 65, welcher eine Reihe von Taktimpulsen auf sich verzweigende Ausgangs leitungen 65a gibt, von denen eine direkt mit einem X-Zähler 69 und einem Y-Zähler 70 verbunden ist. Eine andere der Ausgangsleitungen 65a ist mit einem Frequenzteiler 66 verbunden, welcher die Frequenz der Taktimpulse halbiert, so daß er an der Ausgangsleitung 66a bei jedem zweiten Taktimpuls einen Impuls abgibt. Die Ausgangsleitung 66a des Frequenzteilers 66 weist vier Zweige auf, von denen zwei mit dem X- bzw. Y-Schieberegister verbunden sind, derart, daS die auf dieser Leitung geführten Impulse die in den Registern gespeicherten Informationen durch ein jedes Register schieben. Die anderen beiden Zweige münden in die beiden Zähler 69 und 70.
  • Die Taktimpulse auf der Leitung 65a werden einem Ladesignalgeher 67 zugeführt, welcher nach jedem 96. Taktimpuls einen Impuls auf die Ausgangsleitung 67a gibt. Die Ausgangsleitung 67a weist vier Zweige auf, Zwei der Zweige sind mit den Schieberegistern 62 und 63 verbunden und die darauf übertragenen Impulse erzeugen genügend Zeit, damit die vom Zielfeld stammenden binären Einsen und Nullen aus den Registern herausgenommen und durch geeigneten Schaltkreise gedeutet werden können, bevor neue Signalsätze parallel in die Register geladen werden. Die Zahl 96 für die Frequenzteilung des Ladesignalgebers wurde gewählt, weil sie die vorhandene Anzahl der mit einem Register verbundenen lichtleitenden Stäbe überschreitet. Nachdem die Register mit Signalen aus dem Zielfeld geladen worden sind, bewirken die Impulse aus dem Frequenzteiler 66, daß die binären Einsen und Nullen, die in die Register 62 bzw. 63 eingegeben worden sind, aus den Registern seriell über die Ausgangsleitungen 62a bzw.
  • 63a in einen zugeordneten Zähler 69 bzw. 70 ausgeschoben werden. Nachdem alle binären Einsen und Nullen ausgeschoben worden sind, gibt ein neues Ladesignal aus dem Ladesignalgenerator 67 diese Register frei, so daß sie erneut mit Signalen aus dem Zielfeld lo geladen werden können. Dieses Verfahren setzt sich fort, so daß die binäre Information, welche die Lage des Lichtflecks angibt, ständig erneuert wird.
  • Der Zähler 69 und der Zähler 70 zählen jeweils die Anzahlen der binären Nullen und Einsen,- die von den entsprechenden Registern in den Zähler eingegeben worden sind, wobei die Nullen nichtbeleuchtete lichtleitende Stäbe darstellen und die Einsen beleuchtete lichtleitende Stäbe. Dadurch wird eine Anzeige der Lage der beleuchteten Stäbe bezüglich eines Randes des Feldes geliefert. Wenn folglich eine Anzahl von Nullen in den Zähler 70 geschoben wird, auf die eine oder mehrere binäre Einsen folgen, welche einer Beleuchtung der zugeordneten lichtleitenden Stäbe durch das Lichtstrahlbündel entsprechen, wird ein binäres Zählsignal an der Ausgangsleitung 70a abgegeben, welches als Darstellung der mittleren vertikalen Lage des Lichtflecks p des auf das Zielfeld lo einfallenden Lichtstrahls gedeutet werden kann.
  • Auf ähnliche Weise liefert der Zähler 69 ein Binärsignal an die Ausgangsleitung 69a, welches die mittlere Lage des Lichtstrahlbündels anzeigt. Der Empfang von beispielsweise zwei binären TEinsen auf einem Schieberegister zeigt an, daß das Licht zwei licht leitende Stäbe beleuchtet hat und der Zähler bestimmt die mittlere Position des Lichtflecks als die halbierende Linie zwischen diesen beiden Stäben. Als Beispiel sei angenommen, daß der Y-Zähler 70 ein Bit-Muster ooollo...o aus dem Y-Register 63 erhält. Dies zeigt an, daß das einfallende Lichtstrahlbündel den vom einen Ende des Feldes her gezählten 4. und 5. lichtleitenden Stab beleuchtet hat. Der Zähler wird in Wirklichkeit so betrieben, daß er einen Wert 2 für jede binäre Null, die der ersten binären Eins vorangeht, und einen Wert 1 für jede binäre Eins zuweist. Die binären Nullen, die einer binären Eins folgen, werden nicht gezählt, mit Ausnahme der ersten, die eine Eins hinzuzählt. Im gegebenen Beispiel wird deshalb der Zählwert 9 erzeugt. Der Zähler teilt diesen Zählwert durch 2, wodurch ein Zählerstand von 4,5 erzeugt wird, welcher die räumliche Lage zwischen dem 4. und 5, Stab darstellt. Zur Durchführung der gerade beschriebenen Arbeitsweise ist zu sagen, daß jeder Zähler nicht dargestellte, geeignete Logikglieder zum Zuführen der hochfrequenten Impulse aus der Leitung 65a zu den Zählern aufweist, wenn eine logische Null vom entsprechenden Schieberegister übertragen wird und zum Zuführen niederfrequenter Impulse aus der Leitung 66a zu den Zählern, wenn eine binäre Eins aus dem zugeordneten Schieberegister übertragen wird. Beim Übergang von einer binären Eins auf eine binäre Null wird ein letzter Impuls auf den Zähler übertragen und dieser wird dann angehalten. Der Zähler wird natürlich durch den Ladeimpuls aus dem Ladesignalgeber 67 zurückgesetzt, Die Teilung der Zählerausgabe durch 2 wird einfach durch Verschieben dieser Ausgabe um ein Bit ausgeführt, Da die Zähler alle Signale auf eine Ecke des Zielfeldes und nicht auf den Bezugspunkt xO, y0 (Fig. 1) beziehen, müssen die Werte auf den Leitungen 7ca und 69a im Maßstab entsprechend verkleinert werden. Dies wird, wie auch andere Eichungen, durch die Eichleitungen 72-und 73 aus anderen Schaltkreisen, die nicht dargestellt sind, ausgeführt.
  • Die Art und Weise, in welcher die Zählwerte auf den Leitungen 69a, 70a zur Anzeige der Radeinstellungen, beispielsweise des Sturzes oder der Spur, ist im einzelnen in der Patentanmeldung US-Ser. Nr. 913 779 beschrieben und die Art und Weise, wie diese Werte gewonnen und benutzt werden, ist nicht erfindungswesentlich. Es wird darauf hingewiesen, daß die Signale aus dem Ziel feld der vorliegenden Erfindung in vielen anderen Meß- und Prüfvorrichtungen und -schaltungen verwendbar sind.
  • Ausführunasform mit einem einzelnen Feld In der Fig. 2 ist in Draufsicht ein Teil eines Zielfeldes loA dargestellt, welches ein einziges Feld Ha horizontal angeordneter lichtleitender Stäbe aufweist. Diese lichtleitenden Stäbe werden von einer rückwärtigen Stützplatte 32a, vorderen vertikalen Streifen 38a und Schrauben 40a wie in Fig. 1 gehalten. Der Darstellung wegen ist angenommen, daß das horizontale Feld Ha aus den gleichen Stäben gebildet ist, die auch das horizontale vordere Feld H der Fig. 1 bilden. Deshalb ist eine Anzahl paralleler, horizontal angeordneter Stäbe, die allgemein mit y' bezeichnet und wie beschrieben ausgebildet sind, durch lichtundurchlässige Grenzschichten, beispielsweise Streifen aus Beilagblech 12, wie schon beschrieben, voneinander getrennt. Beieiner Stirnseite eines jeden Stabes y' ist ein Sensor 14 mit einer Haube 16 befestigt und der Sensor 14 weist wie vorher Ausgangsleitungen 18 und 20 auf.Wie schon erwähnt, kann die Rückseite der Stäbe dieses Einzelfeldes mit einem reflektierenden Überzug, beispielsweise einem früher beschriebenen Überzug 30, versehen werden, oder die hintere Stützplatte 32a kann mit lichtreflektierendem Material bedeckt werden.
  • Das Einzelfeld nach der Fig. 2 kann je nach der-Natur der gewünschten Messung mit horizontal verlaufenden, vertikal verlaufenden oder schräg verlaufenden Stäben verwendet werden. Auch wird, wie schon erwähnt, der Durchmesser der Stäbe entsprechend der geforderten Meßgenauigkeit gewählt. Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 2 ähnelt im wesentlichen jener des vorderen Feldes H, das in Verbindung mit den Fig. 1, 3 und 4 beschrieben wurden.
  • Wie schon erwähnt, kann die vordere Fläche der Stäbe des Einzelfeldes Ha der Fig. 2 mit Mustern aus lichtundurchlässigem Material abgedeckt werden, um eine in einem Binärcode dargestellte Information über die Position eines quer über die Stäbe streichenden Lichtstrahlbündels längs der Stäbe zu erzeugen. Diese spezielle Verwendung eines einzelnen Feldes aus lichtleitenden Stäben ist im einzelnen in der US-Patentanmeldung US-Ser. Nr. 773 638 beschrieben.

Claims (11)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e o Zielfeld mit mehreren lichtempfindlichen Sensoren zum Bestimmen der Auftreffstelle eines Lichtstrahlbündels auf dem Zielfeld, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Lichtleiter (y(-n) bis y(n); y') und eine Halterung (32, 34, 36, 40, 38; 32a, 40a, 38a), welche die Lichtleiter (y(-n) bis y(n); y') in einem im wesentlichen ebenen Feld (H; Ha) hält, wobei die Lichtleiter (y(-n) bis y(n); y') im Feld (H; Ha) geradlinig verlaufende, parallel nebeneinander angeordnete Züge aufweisen, und daß bei einem stirnseitigen Ende (13) eines jeden Lichtleiters (y(-n) bis y(n); y')- ein lichtempfindlicher Sensor (14) angeordnet ist, der ein elektrisches Signal erzeugt, wenn der ihm zugeordnete Lichtleiter seitlich vom Lichtstrahlbündel getroffen wird.
  2. 2. Zielfeld nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein anderes im wesentlichen ebenes Feld (V) aus länglichen anderen Lichtleitern (x(n) bis x(n)) vorgesehen ist, daß bei einem stirnseitigen Ende eines jeden anderen Lichtleiters (x(n) bis x(-n)) ein anderer lichtempfindlicher Sensor (22) angeordnet ist, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches anzeigt, daß der ihm zugeordnete andere Lichtleiter Licht aus dem Licht strahlbündel empfangen hat, daß die beiden Felder (H, V) aus Lichtleitern in parallelen Ebenen liegen, daß die Längsachsen (Y) der Lichtleiter des einen Feldes (H) neben den und quer zu den Längsachsen (X) der Lichtleiter des anderen Feldes (V) verlaufen, und daß das andere Feld (v) auf der von der Lichteinfallsseite abgewandten Seite des einen Feldes (H) angeordnet ist.
  3. 3. Zielfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen benachbarten Lichtleiterzüge lichtundurchlässiges Material (12) angeordnet ist, welches verhindert, daß Licht zwischen benachbarten Lichtleitern überkoppeln kann.
  4. 4. Zielfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Lichtleiter kleine lichtstreuende Elemente (42, 43) enthält, die bewirken, daß ein Lichtanteil des auf die Oberfläche des Lichtleiters fallenden Lichtstrahlbündels in Längsrichtung des Lichtleiters unter einem Winkel zu dem auf die Oberfläche gefällen Lot gestreut wird, der größer oder gleich dem Grenzwinkel für die Totalreflexion ist.
  5. 5. Zielfeld nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die lichtstreuenden Elemente (42, 43) mit diskreten lichtreflektierenden und streuenden Körpern gebildet sind, die in den Lichtleiter eingebettet sind.
  6. 6. Zielfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtleiter (y(-n) bis y(n); y'; x(n) bis x(-n)) mit klarem, transparentem Kunststoffmaterial gebildet sind.
  7. 7. Zielfeld nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n e z e i c h n e t , daß ein Lichtleiter aus einem Acrylkunststoffmaterial gefertigt ist.
  8. 8. Zielfeld nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Acrylkunststoff zum größten Teil mit Methacrylsäureester zusammengesetzt ist.
  9. 9. Zielfeld nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Lichtleiter durch Strangpressen gefertigt ist, so daß er Kristallflächen enthält, welche bewirken, daß ein Lichtanteil des auf die Oberfläche des Lichtleiters fallenden Lichts in Längsrichtung des Lichtleiters gestreut wird.
  10. lo. Zielfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Lichtleiter zumindest im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
  11. 11. Zielfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der von der Lichteinfallsseite abgewandten Seite eines Lichtleiters eine spiegelnde Einrichtung (30) vorgesehen ist.
DE19792923386 1978-06-08 1979-06-08 Lichtempfindliches zielfeld Pending DE2923386A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US91376678A 1978-06-08 1978-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2923386A1 true DE2923386A1 (de) 1979-12-13

Family

ID=25433553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19792923386 Pending DE2923386A1 (de) 1978-06-08 1979-06-08 Lichtempfindliches zielfeld

Country Status (2)

Country Link
BR (1) BR7903598A (de)
DE (1) DE2923386A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0480512A1 (de) * 1990-10-11 1992-04-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Stellenempfindliches Strahlungsdetektorsystem und optische Abtastvorrichtung mit einem derartigen System

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0480512A1 (de) * 1990-10-11 1992-04-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Stellenempfindliches Strahlungsdetektorsystem und optische Abtastvorrichtung mit einem derartigen System

Also Published As

Publication number Publication date
BR7903598A (pt) 1980-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69308005T2 (de) Prüfsystem für einen Laser-Entfernungsmesser mit Reichweitesimulation
EP0166136A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum optischen Zählen kleiner Körperchen
DE102012102363A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Größe eines transparenten Teilchens
DE2133080A1 (de) System zur optischen kontrolle von luftverunreinigungen in einem grossraum
DE202016005126U1 (de) Optische Vorrichtung
DD262920A1 (de) Vorrichtung zur ermittlung der raeumlichen geschwindigkeit von bewegten teilchen, insbesondere in mehrphasenstroemungen
DE68902632T2 (de) Mehrrichtungslaseranemometer.
DE3238883C2 (de) Einrichtung zum Vermessen der Abmessung und/oder Lage eines durch sie bewegten Gegenstandes
DE1917138C3 (de) Photoelektrisches Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung sich schnell bewegender Gegenstände
DE69006326T2 (de) Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Charakteristiken einer Linse, insbesondere ihrer Stärke.
DE3409522A1 (de) Einrichtung zum messen des flaecheninhaltes der projektion eines pruefkoerpers auf eine ebene
DE2923386A1 (de) Lichtempfindliches zielfeld
CH652826A5 (de) Vorrichtung zur erkennung von fehlern, insbesondere risse, in transparenten koerpern auf optischem wege.
DE2739676A1 (de) Vorrichtung zur laser-anemometrie
DE3342721A1 (de) Fotodetektor-system zum feststellen bzw. messen der position einer oder mehrerer lichtquellen
CH440734A (de) Einrichtung zum Bestimmen von Abmessungen an Körpern
EP0600048B1 (de) Verfahren zur messung von relativen winkeln
DE3703904A1 (de) Sensor mit integrierter signalverarbeitung fuer ein- bis dreidimensionale positionierung
DE2461239A1 (de) Vorrichtung zur digitalen anzeige von messdaten, insbesondere bei einer waage
DE3623318C2 (de)
DE3720019A1 (de) Ortungssystem zur Bestimmung von Ort und Orientierung eines beweglichen Körpers
DE3122483A1 (de) Handgeraet zur distanzmessung und koordinatenfeststellung bei geodaetischen messungen
DE2842669A1 (de) Vorrichtung zum messen des abstandes eines punktes auf einer oberflaeche eines objekts von einer nullebene
DE4325269A1 (de) Anordnung zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von Strukturen, Kanten und Formelementen
DE2803149A1 (de) Verfahren zum ausmessen von haertepruefeindruecken in materialoberflaechen, sowie einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
OHW Rejection