DE3601442A1 - Vorrichtung zum optischen abtasten von objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Objektes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um Objekte optisch zu erkennen oder zu messen, sind mechanische Lichtablenker mit Winkelablenkung und lineare Lichtablenker bekannt. Dabei ist eine Lichtablenkung zwingend erforderlich, wenn in der x-y-Ebene eine Wirkung oder eine Veränderung vorgenommen werden soll. Zum Stand der Technologie der Ablenksysteme für Licht sei auf die Veröffentlichung von Klaus Tradowsky: Stand der Technologie der Ablenksysteme für Licht, Berlin November 1980 und: Möglichkeiten zukünftiger Entwicklungen von Lichtablenksystemen in Industrie und Forschung, Berlin Juni 1981, VDI-Technologie-Zentrum Physikalische Technologien, 4000 Düsseldorf, verwiesen.

In der Technik der rotierenden Spiegelsysteme mit elektromotorischem Antrieb sind Polygonspiegel bekannt, die eine höhere Ablenkgeschwindigkeit und einen größeren Ablenkwinkel bei guter optischer Qualität und hohen Lichtleistungen erlauben gegenüber anderen Ablenksystemen. In einer bekannten Ausführung eines derartigen Laser-Scanners zum Lesen und Erkennen von Fehlern auf Oberflächen von Bahn- und Platten-Materialien, wie Folien, Textilien, Papieren, Gläsern oder Filmen, besteht der Scanner aus einer Laser-Lichtquelle, die einen feingebündelten Lichtstrahl erzeugt, der mit hoher Laufgeschwindigkeit die Bahnoberfläche des zu prüfenden Materials zeilenweise abtastet. Der Lichtstrahl gelangt über eine Aufweitungs- bzw. Spaltoptik auf ein Objektiv und wird dort auf ein schnell laufendes, mehrflächiges Spiegelrad projiziert. Durch die Drehung des Spiegelrades wird der Lichtstrahl bewegt und auf einen Planspiegel geworfen. Dieser lenkt den wandernden Lichtstrahl in einen Hohlspiegel um. Alle in den Hohlspiegel eintretenden Lichtstrahlen verlassen diesen achsparallel und werden durch eine Zylinderlinse auf die Materialbahn focusiert. Als Lichtempfänger für Reflektion und Transmission wird ein Lichtleitstab benützt, der aus lichtleitendem Material besteht. Das Licht tritt aus dem Lichtleitstab an einer Stirnfläche aus und wird auf einem lichtelektrischen Wandler geleitet. Ebenso ist es bekannt, bei dieser optischen Materialabtastung das Autokollimationsprinzip anzuwenden, bei dem der von der Materialbahn reflektierte Lichtstrahl über dieselben optischen Systeme auf den im Scanner integrierten lichtelektrischen Wandler oder Empfänger rückgeleitet wird.

Derartigen rotierenden Spiegelsystemen haften die Nachteile an, daß die Herstellung der Spiegel selbst ein außerordentlich aufwendiges Verfahren der Metallbearbeitung benötigt, um die nötige Genauigkeit und Güte der Oberfläche zu erreichen. Die entsprechenden Antriebsmotoren zusammen mit den Spiegeln haben in nahezu allen Fällen den Nachteil, daß sie durch geringste Unwucht in den Lagern stark abgenutzt werden und damit die Geradlinigkeit der Ablenkung und die Gleichmäßigkeit der Bewegung erheblich gestört wird. Darüber hinaus sind mittels der Drehspiegel keine höhere Geschwindigkeiten als ca. 100 U/s zu erreichen, da bei höheren Geschwindigkeiten des Spiegelrades schon Verformungen der Spiegelflächen auftreten. Denn die Spiegelflächen müssen während der Rotation ungefähr im Bereich von 1/10tel der Wellenlänge eben gehalten werden. Die Ebenheitsforderung der Spiegelfläche begrenzt die Rotation bzw. erfordert eine mechanische Korrektur am Spiegel oder eine optische Nachkorrektur der sich durch die Fliehkraft wölbenden Glasfläche. Daneben sind die Auswuchtung von Antrieb und Spiegel höchst problematisch, um auch geringste Taumelbewegungen zu vermeiden. Hinzu kommt, daß derartige Systeme aufgrund der notwendigen großen Spiegeldimension sehr teuer sind, weshalb eine breite Anwendung derartiger Abtastsysteme nicht gegeben ist.

Mit den bekannten linearen Antrieben eines Spiegels lassen sich nur mit großem Aufwand x-y-Antriebe erzeugen, wobei die Lichtablenkung ebenfalls begrenzt ist. Erschwerend tritt hinzu, daß die Geschwindigkeit der Ablenkung bedeutend kleiner als bei rotierenden Systemen ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum optischen Abtasten gemäß der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der ein Objekt räumlich oder auch nur in der x-y-Ebene bei erhöhter Abtastfrequenz und hoher Genauigkeit optisch abgetastet werden kann. Daneben soll die Vorrichtung für große Abtastflächen geeignet sein; ebenso soll die Vorrichtung in ihrer mechanischen Ausführung wesentlich vereinfacht und dadurch preisgünstiger sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß die rotierende Masse der Umlenkoptik sehr klein gehalten werden kann, so daß hohe Drehzahlen der Umlenkoptik erreicht werden, die weit über denjenigen der rotierenden Spiegelräder liegen. Aufgrund der geringen Masse und insbesondere der geringen Abmessungen der rotierenden Umlenkoptik treten praktisch keine Verwölbungen der spiegelnden Oberfläche der Umlenkoptik auf, so daß die Verwölbungen weit unterhalb 1/10tel der Wellenlänge des verwendeten Lichts, z. B. bei 1/50 und weniger, liegen. Dadurch ist eine erhöhte Genauigkeit und Geschwindigkeit in der Führung des Lichtstrahls möglich.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung es zum ersten Mal erlaubt, große Abtastflächen mittels eines Lichtstrahls zu überstreichen, wobei die Dimensionierung der abzutastenden Fläche gegenüber den abgetasteten Flächen bekannter Systeme erheblich größer sein kann. Insbesondere besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß diese relativ klein ausgeführt werden kann und die Verwendung von großen, teuren Hohlspiegeln vermeidet. Deshalb ist die erfindungsgemäße Vorrichtung um ein Vielfaches billiger bei erhöhter Leistung, als bekannte Systeme, weshalb die erfindungsgemäße Vorrichtung breit eingesetzt werden kann.

Die des weiteren erfindungsgemäße Verwendung eines Lichtleitfaserbündels in optischer Ausrichtung zur Lichtquelle und zum abzutastenden Objekt besitzt darüber hinaus den hervorstechenden Vorteil, daß das Objekt räumlich abgetastet werden kann. Denn die dem Objekt bzw. dessen Oberfläche benachbart angeordneten Enden der Lichtleitfasern des Bündels können beliebig der Form und der Oberfläche des Objekts angepaßt werden, wobei dasselbe bewegt oder in Ruhe sein kann. Insbesondere eröffnet die erfindungsgemäße Verwendung der Lichtleitfasern die Möglichkeit, die Bewegung des Lichtstrahls zu transformieren, um, beispielsweise ausgehend von der rotierenden Bewegung des einfallenden Lichtstrahls, eine beliebig geformte Abtastkurve oder Abtastfläche mittels der anderen Enden der Lichtleitfasern zu schaffen. Des weiteren besitzt die Verwendung eines Lichtleitfaser-Bündels den Vorteil, daß das Abtastsystem von dem abzutastenden Objekt entfernt angeordnet sein kann, da der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Objekt nur durch die Länge des Lichtleitfaserbündels gegeben ist, wobei die Länge und Führung desselben praktisch beliebig sein kann, da die Länge und Führung des Lichtleitfaser-Bündels praktisch beliebig sein kann.

Lichtstrahl eine oder mehrere Lichtleitfasern für den reflektierten oder sonstwie rückgeleiteten Lichtstrahl zuzuordnen. Dabei kann als Lichtempfänger sowohl für Reflektion als auch für Transmission ein bekannter Kollimator, beispielsweise ein Lichtleitstab, verwendet werden. Erfindungsgemäß kann dazu auch wiederum ein Lichtleitfaserbündel eingesetzt werden, das das eintretende Licht zu einer lichtelektrischen Auswerteeinrichtung leitet.

Der Anspruch 14 beinhaltet eine weitere Lösung der genannten Aufgabe, wobei hier eine linear hin- und her bewegte Lichtquelle zugrundegelegt ist, was für spezielle Anwendungsfälle von Vorteil sein kann. Auch hier ist aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung von Lichtleitfasern die Transformation der linearen Bewegung in eine Kreisbewegung möglich; ebenso ist mit dieser Ausführung die Herstellung einer beliebig geformten Abtastkurve oder Abtastfläche bei entsprechender Anordnung des Endes des Lichtleitfaserbündels möglich.

Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung mit rotierender Umlenkoptik, bei der der einfallende Lichtstrahl nach zweifacher Ablenkung direkt auf das Objekt geworfen wird

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 1, wobei hier der einfallende Lichtstrahl über ein dazwischen geschaltetes Lichtleitfaserbündel zum Objekt geleitet wird

Fig. 3 eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 1, wobei hier der einfallende Lichtstrahl mittels einer weiteren Umlenkung ein Objekt umlaufend abtastet

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die Ablenkeinrichtung aus einem Drehteller mit eingebetteter Lichtleitfaser besteht

Fig. 5 eine ähnliche Ausführung wie in Fig. 4 mit einem Drehteller mit Lichtleitfaser als Umlenksystem

Fig. 6 eine praktische Ausführung zur Verwirklichung des in Fig. 1 gezeigten Beispiels und

Fig. 7 eine praktische Ausführung zur Verwirklichung des in Fig. 2 gezeigten Beispiels.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Beispiel einer Vorrichtung zur optischen Ablenkung eines Lichtstrahls, bestehend aus einem Tubus 1, in dem eine Lichtquelle 2 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 2 eine Laserlichtquelle, um einen geeigneten, polarisierten Lichtstrahl 3 zu erzeugen. Der von der Lichtquelle 2 erzeugte Lichtstrahl wird im folgenden immer als einfallender Lichtstrahl 3 bezeichnet. Dieser Lichtstrahl fällt auf ein Spiegelsystem 4, welches in bekannter Weise halbdurchlässig ist und gleichzeitig zur Ausblendung des reflektierten Lichtstrahls 13 bei Autokollimation verwendet werden kann. Unterhalb der Lichtquelle 2 und des Spiegelsystems 4 befindet sich eine Umlenkoptik 5, die beispielsweise ein Prisma sein kann und die eine schräg angeordnete Spiegelfläche 7 zur Ablenkung des einfallenden Lichtstrahls 3 besitzt. Vorzugsweise fallen die Längsachse der Umlenkoptik 5 und die Achse des einfallenden Lichtstrahls 3 zusammen. Des weiteren ist die Umlenkoptik 5 rotierbar um die Längsachse angeordnet, wobei diese mittig die schräge Spiegelfläche 7 durchsetzt. Bei Rotation der Umlenkoptik 5 rotiert somit die schräge Spiegelfläche 7 um die Längsachse der Umlenkoptik 5, z. B. ein Prisma, so daß der einfallende Lichtstrahl 3 mit der Drehung der Umlenkoptik 5 umlaufend abgelenkt wird.

Der Tubus 1 ist auf ein Gehäuse 6 montiert, das im Innern einen Spiegel 9 aufweist, der vorzugsweise ein Hohlspiegel, z. B. ein Parabolspiegel, ist. Die Umlenkoptik 5 ist dergestalt im Hohlraum des Spiegels 9 angeordnet, daß bei Drehung der Umlenkoptik 5 der einfallende Lichtstrahl 3 nach seiner ersten Ablenkung durch die schräge Spiegelfläche 7 auf den Spiegel 9 fällt und dort wiederum abgelenkt wird, beispielsweise parallel zur Rotationsachse der Umlenkoptik 5, was in Fig. 1 gezeigt ist. Bei Rotation der Umlenkoptik 5 rotiert somit der einfallende Lichtstrahl 3 nach zweimaliger Ablenkung kreisförmig um die Längsachse der Umlenkoptik 5 als Mittelachse bzw. Rotationsachse herum und beschreibt dergestalt auf einem abzutastendem Objekt 11 einen Kreis. Bei translatorischer Bewegung des Objektes 11 kann somit mittels des kreisförmig rotierenden, einfallenden Lichtstrahls 3 eine x-y-Abtastung durchgeführt werden. Das Gehäuse ist nach unten mittels einer lichtdurchlässigen Abdeckung 10 verschlossen.

Die Vorrichtung kann sowohl für Reflektion als auch für Transmission ausgelegt sein, wobei mit der Bezugsziffer 12 allgemein ein Kollimator bezeichnet ist, der als länglicher Lichtleitstab ausgeführt sein kann. Das durch diesen Kollimator 12 gesammelte Transmissionslicht wird auf einen nicht gezeigten lichtelektrischen Wandler gegeben und dort ausgewertet. Bei Reflektion kann beispielsweise ein reflektierter Lichtstrahl 13′ auf einen Kollimator gegeben werden. Bei Anwendung des Autokollimationsprinzips kann der vom Objekt 11 reflektierte Lichtstrahl über dieselben optischen Systeme einschließlich der Umlenkoptik 5 zurückgeworfen und im Spiegelsystem 4 ausgeblendet und der genannten lichtelektrischen Auswerteschaltung zugeführt werden.

Prinzipiell kann somit der Gegenstand der Erfindung nach den Prinzipien der Transmission oder der Reflektion und hier zusätzlich nach dem Autokollimationsprinzip arbeiten.

Des weiteren kann prinzipiell die Umlenkoptik 5 längs ihrer Längsachse verschieblich angeordnet sein, was durch den Bewegungsdoppelpfeil 26 angedeutet ist. Somit kann die Umlenkoptik 5 eine Hubbewegung ausführen, wodurch eine Überlagerung von Bewegungen erfolgen kann, indem der Brechungsort des einfallenden Lichtstrahls 3 auf dem Spiegel 9 verschoben wird.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die derjenigen in Fig. 1 ähnlich ist. Hier ist innerhalb des Gehäuses 6 ein Spiegel 23 angeordnet, der den einfallenden Lichtstrahl in bezug auf die Längsachse der Umlenkoptik 5 unter einem Winkel schräg ablenkt. Der zweimal abgelenkte einfallende Lichtstrahl 3 trifft auf einen weiteren Spiegel 4, der vorzugsweise ebenfalls als Hohlspiegel ausgeführt ist, wobei die beiden Hauptachsen der Spiegel 23, 24 zusammenfallen. Innerhalb des Hohlraums des Spiegels 24 ist ein Objekt 25 angeordnet und vorzugsweise in Längsrichtung der Hauptachse des Spiegels 24 ausgerichtet. Der einfallende Lichtstrahl 3 wird durch den Spiegel 24 auf das Objekt 25 geworfen, wobei die Rotation der Umlenkoptik 5 der einfallende Lichtstrahl 3 das Objekt 25 kreisförmig umlaufend abtastet. Bei einer Hubbewegung der Umlenkoptik 5 in Richtung des Bewegungsdoppelpfeils 26 kann eine räumliche Abtastung durchgeführt werden. Die schräge Führung des einfallenden Lichtstrahls ermöglicht in vorteilhafter Weise eine vergrößerte Abtastweite.

In Fig. 6 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt. Der Tubus 1, der die Lichtquelle 2 beherbergt, nimmt des weiteren einen Elektromotor 38 auf, der aus einem Gehäuse 39 und einem Stator 54 besteht. Der Rotor dieses Elektromotors 38 ist als magnetisierte Hohlspindel 41 mit einer Durchgangsbohrung 42 längs der Längsachse der Hohlspindel 41 ausgeführt. Diese Hohlspindel 41 ist in Luftlagern 40 gelagert, wobei eine derartige Lagerung in der Technologie von rotierenden Spiegelsystemen bekannt ist. In das untere Ende der Hohlspindel 41 ist ein Prisma 43 mit einer schräg geneigten Spiegelfläche 55 eingesetzt. Die Hohlspindel 41 besitzt im Bereich der Spiegelfläche 55 des Prismas 43 mindestens ein Fenster 44, wobei entsprechend der Ausgestaltung des Prismas und der Spiegelfläche mehrere Fenster vorhanden sein können. Die Hohlspindel 41 ist längs der Hauptachse eines Hohlspiegels 46 angeordnet, wobei das Prisma 43 innerhalb des Hohlraums des Hohlspiegels 46 dergestalt angeordnet ist, daß der einfallende Lichtstrahl 3 nach der Ablenkung auf der schräg gestellten Spiegelfläche 55 auf den Spiegel 46 geworfen wird, um von dort im gewünschten Winkel auf das abzutastende Objekt gelenkt zu werden. Mit der Bezugsziffer 45 ist wiederum eine lichtdurchlässige Abdeckung bezeichnet, die das Gehäuse 6 nach unten abdeckt.

Prinzipiell kann der einfallende Lichtstrahl 3 auch antiparallel oder entgegen der Richtung des einfallenden Lichtstrahls 3 geworfen und abgelenkt werden.

In Fig. 2 ist ein weiteres prinzipielles Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei hier die Ausführung des Tubus 1 mitsamt der zugehörigen Umlenkoptik 5 und Gehäuse 6 gleich wie in Fig. 1 sind. Das Gehäuse 6 weist hier eine Abdeckung 14 auf, die vorzugsweise lichtundurchlässig sein kann. Bei Rotation der Umlenkoptik 5 um die Längsachse beschreibt somit der einfallende Lichtstrahl 3 auf der innerhalb des Gehäuses 6 liegenden Oberfläche der Abdeckung 14 eine Kreislinie.

Bevorzugt innerhalb dieser Abdeckung 14 und direkt auf der vom einfallenden Lichtstrahl 3 beschriebenen Kreislinie sind die Enden von Lichtleitfasern 17, 18 angeordnet, wobei diese Enden optisch zum einfallenden Lichtstrahl 3 gerichtet sind. Diese Lichtleitfasern 17, 18 sind zu einem Lichtleitfaserbündel 15 zusammengefaßt, welches durch eine Aussparung innerhalb der Abdeckung 14 nach außerhalb des Gehäuses 6 geführt ist.

Das Lichtleitfaserbündel 15 ist vorzugsweise als fla-ches, flexibles Band ausgeführt, wobei die Lichtleitfaser 17, 18 in äquidistanten Abständen voneinander in flexiblem Kunststoff eingebettet sind, so daß eine dünne, flexible und längliche Folie oder ein Band von parallel zueinander verlaufenden Lichtleitfasern erhalten wird. Dabei kann ein derartiges Lichtleitfaserbündel auch mehrere Lagen von Lichtleitfasern aufweisen.

Somit sind die innerhalb des Gehäuses 6 ragenden Enden des Lichtleitfaserbündels 15, vorzugsweise innerhalb der nach oben gerichteten Hauptoberfläche der Abdeckung 14, auf exakt der Kreislinie angeordnet, die von dem zweimal abgelenkten, einfallenden Lichtstrahl 3 auf der Hauptoberfläche der Abdeckung 14 bei Rotation der Umlenkoptik 5 beschrieben wird. Die unteren, nach außerhalb des Gehäuses 6 ragenden Enden der Lichtleitfasern 17, 18 des Lichtleitfaserbündels 15 sind innerhalb einer Halterung 16 gefaßt, die beliebig gestaltet sein kann, um dem Ende des Lichtleitfaserbündels 15 die gewünschte Kontur zur Abtastung des Objekts zu geben. Beispielsweise sind in Fig. 2 die unteren Enden der Lichtleitfasern 17, 18 längs einer Geraden angeordnet, das heißt, das Lichtleitfaserbündel 15 ist geradlinig direkt über dem abzutastenden Objekt 11 oder in einer parallelen Ebene hierzu angeordnet.

In vorteilhafter Weise kann dadurch das Ablenksystem gegenüber dem abzutastenden Objekt 11 beliebig geneigt sein, des weiteren kann das abzutastende Objekt 11 in Abstand von dem Ablenksystem angeordnet sein, da das Lichtleitfaserbündel 15 fast beliebig lang ausgeführt sein kann.

Um desweiteren eine bestimmte Oberflächenkonfiguration des abzutastenden Objektes 11 abzutasten, kann die Konfiguration des unteren Endes des Lichtleitfaserbündels 15 entsprechend ausgeführt und gestaltet sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei hier ein rotierendes Umlenksystem 20 vorhanden ist, das prinzipiell als um seine Mittelachse rotierender Drehteller gestaltet ist. Dieser Drehteller 22 kann einen zentrisch angeordneten Hals 21 aufweisen, wobei das Umlenksystem 20 um seine Mittelachse rotiert, die vorzugsweise mit der Hauptachse der Lichtquelle 2 zusammenfällt.

Das Umlenksystem 20 besitzt in den Hals 21 und in den Drehteller 22 eigebettete Lichtleitfasern 35, 35′, 36, 36′, deren je ein Ende im Bereich der Rotationsachse des Drehtellers 22 bzw. des Halses 21 enden und optisch in Richtung der einfallenden Lichtstrahlen 3, 3′ gerichtet sind. Das andere Ende dieser Lichtleitfasern 35, 35′, 36, 36′ endet im Bereich des Umfangs des Drehtellers 22, vorzugsweise auf der unteren Hauptoberfläche desselben und sind optisch ungefähr entgegengesetzt wie die erstgenannten Enden der Lichtleitfasern gerichtet. Damit kann bei Rotation des Drehtellers vorteilhaft eine Umlenkung eines Lichtstrahls in eine kreisförmige Rotation ohne Verwendung eines Spiegels erzielt werden.

Innerhalb des Drehtellers 22 können eine Mehrzahl von Lichtleitfasern in der beschriebenen Art und Weise angeordnet sein, um dergestalt mehrere kreisförmig rotierende Lichtstrahlen zu erzeugen. In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel sind mit den Bezugsziffern 35′ und 36′ die rückführenden Lichtleitfasern bezeichnet, die zur getrennten Rückführung der reflektierten Lichtstrahlen 13, 13′ dienen. Jedoch kann auch hier das Autokollimationsprinzip angewendet werden, so daß die Lichtleitfasern 35 und 35′ sowie 36 und 36′ identisch sein können.

Die Weiterleitung der einfallenden Lichtstrahlen 3, 3′ nach der beschriebenen Umlenkung durch den Drehteller 22 kann gemäß den in den Fig. 1, 2 oder 3 beschriebenen Ausführungen durchgeführt werden, wobei in Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Ausgestaltung gezeigt ist. Das Lichtleitfaserbündel 15 ist hier mit seinem unteren Ende der Lichtleitfasern 17 in einer ringförmigen Halterung 19 ringförmig gehaltert zur kreisförmigen Abtastung eines Objektes.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Umlenksystem 27, das demjenigen der Fig. 4 ähnlich ist. Wiederum besteht das Umlenksystem 27 aus einem Drehteller 29 mit einem zentrisch aufgesetzten Hals 28, wobei innerhalb des Halses 28 und des Drehtellers 29 Lichtleitfasern 37, 37′ von der Rotationsachse des Drehtellers 29 zur unteren Hauptoberfläche im Bereich des Umfangs des Drehtellers 29 geführt sind. Auch hier können bei Anwendung des Autokollimationsprinzips die Lichtleitfasern 37 und 37′ zusammenfallen.

Unterhalb des Umlenksystems 27 ist innerhalb des Gehäuses 6 eine Abdeckung 30 angeordnet, die einen Tubus 32 aufweist, in welchem eine Linse 33 angeordnet ist. Innerhalb der Abdeckung 30 kann wiederum ein Lichtleitfaserbündel 31 oder eine oder mehrere Lichtleitfasern geführt sein, wobei die einen, dem Umlenksystem 27 zugewandten Enden der Lichtleitfasern 31 auf exakt der Kreislinie liegen, die der einfallende Lichtstrahl 3 nach Verlassen des Umlenksystems 27 auf der Hauptoberfläche der Abdeckung 30 beschreibt. Die anderen Enden der Lichtleitfasern 31 können dergestalt zusammengefaßt sein, daß sich zusammen mit der Linse 33 eine gewünschte Abbildung des abzutastenden Objektes 11 durch die Linse 33 innerhalb einer nichtgezeigten lichtelektrischen Auswerteeinrichtung ergibt. Mit der Bezugsziffer 34 ist eine Lichtquelle unterhalb des Objektes 11 bezeichnet. Die Verwendung der beschriebenen Umlenksysteme mittels Lichtleitfasern besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß keine Verformungen von schnell bewegten, umlenkenden Spiegelflächen auftreten können.

In Fig. 7 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 dargestellt. Dabei ist die Anordnung und Ausgestaltung des Tubus 1, der Lichtquelle 2 sowie des Gehäuses 6 zusammen mit dem Elektromotor 38 gleich wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 6, auf welches verwiesen wird.

Lediglich ist im Unterschied dazu innerhalb des unteren Endes der Hohlspindel 41 ein Prisma 47 angeordnet, welches doppelseitig spiegelnde Spiegelflächen 56 aufweist. Die obere Spiegelfläche dient zur Umlenkung des einfallenden Lichtstrahls 3, die untere Spiegelfläche dient zur Ausblendung des reflektierten Lichtstrahls 13 hin zu einer Auswerteeinrichtung 52.

Unterhalb des Gehäuses 6 ist ein weiteres Gehäuse 48 angeflanscht, in welchem - ähnlich wie in Fig. 2 - die Enden von Lichtleitfasern 17, 17′, 18, 18′ angeordnet sind, die zusammen das Lichtleitfaserbündel 15 bilden. Die Enden der Lichtleitfasern 17, 17′, 18, 18′ sind mittels einer Scheibe 51 durch den peripheren Umfang derselben gegen die zylindrische Wandung des Gehäuses 48 gehaltert, und zwar exakt längs der Kreislinie, die bei Rotation der Hohlspindel 41 durch den zweimal abgelenkten, einfallenden Lichtstrahl 3 auf der Scheibe 51 beschrieben wird, so daß der einfallende Lichtstrahl 3 nacheinander sämtliche Enden der Lichtleitfasern überstreicht und innerhalb derselben weitergeleitet wird. Zentrisch innerhalb der Scheibe 51 kann auch die Auswerteeinrichtung 52 angeordnet sein.

Das Lichtleitfaserbündel 15 ist durch eine Aussparung 59 innerhalb des Gehäuses 48 nach außerhalb geführt und innerhalb der Aussparung 49 mittels einer Halterung 50 gehaltert. Nach der Abrißlinie, die mit der Bezugsziffer 53 bezeichnet ist, kann die gezeigte Vorrichtung der Fig. 7 gemäß den entsprechenden Teilen der Fig. 2, 4 oder auch 5 ausgestaltet sein.

• Liste der Bezugszeichen  1 Tubus
   2 Lichtquelle
   3, 3′ einfallende Lichtstrahlen
   4 Spiegelsystem
   5 Umlenkoptik (z. B. Prisma)
   6 Gehäuse
   7 schräge Spiegelfläche
   8 Bewegungspfeil für die Drehrichtung
   9 Spiegel
  10 Abdeckung
  11 abzutastendes Objekt
  12 Kollimator
  13, 13′ reflektierte Lichtstrahlen
  14 Abdeckung
  15 Lichtleitfaser-Bündel
  16, 19 Halterungen
  17, 18 Lichtleitfasern
  20 Umlenksystem
  21 Hals
  22 Drehteller
  23, 24 Spiegel
  25 abzutastendes Objekt
  26 Bewegungsdoppelpfeil für die Hubbewegung der Umlenkoptik oder des Umlenksystems
  27 Umlenksystem
  28 Hals
  29 Drehteller
  30 Abdeckung
  31 Lichtleitfaser-Bündel
  32 Tubus
  33 Linse
  34 Lichtquelle
  35, 35′, 36, 36′, 37, 37′ Lichtleitfasern
  38 Elektromotor
  39 Gehäuse
  40 Luftlager
  41 Hohlspindel
  42 Durchgangsbohrung
  43 Prisma
  44 Fenster
  45 Abdeckung
  46 Spiegel
  47 Prisma
  48 Gehäuse
  49 Aussparung
  50 Halterung
  51 Scheibe
  52 Auswerteeinrichtung
  53 Abrißlinie
  54 Stator
  55, 56 schräge Spiegelfläche

Claims (13)

1. Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Objektes, bestehend aus einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl erzeugt, der mittels einer Ablenkeinrichtung auf das abzutastende Objekt geworfen und danach der Lichtstrahl nach Reflektion oder Transmission durch das Objekt in einer lichtelektrischen Auswerteeinrichtung ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ablenkeinrichtung aus einer rotierenden Umlenkoptik (5, 20, 27, 43, 47) besteht, deren Rotationsachse mit der Achse des einfallenden Lichtstrahls (3,3′) der Lichtquelle (2) zusammenfällt und die bei Rotation einen auf einer Kreisbahn um den einfallenden Lichtstrahl bzw. die Rotationsachse der Umlenkoptik kreisförmig herum rotierenden Lichtstrahl (3,3′) zur Abtastung des Objektes (11, 25) erzeugt, der bezüglich der Rotationsachse parallel oder in einem Winkel geneigt verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkoptik aus einem Prisma (5, 43, 47) besteht, das bezüglich der Rotationsachse eine schräg stehende Spiegelfläche (7, 55, 56) besitzt, die den einfallenden Lichtstrahl (3,3′) auf einen Hohlspiegel (9, 23, 24, 46) wirft, wobei das Prisma innerhalb des vom Hohlspiegel umschlossenen Hohlraumes auf der Hauptachse angeordnet ist, die gleichzeitig Rotationsachse des Prismas ist und das Objekt (11, 25) sich innerhalb des Öffnungswinkels des Hohlspiegels befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Öffnungswinkels des Hohlspiegels (23), in dessen Hohlraum sich das Prisma (5) befindet, ein zweiter Hohlspiegel (24) angeordnet ist, wobei die beiden Hauptachsen zusammenfallen und das Objekt (25) sich innerhalb des Öffnungswinkels des zweiten Hohlspiegels befindet oder direkt im vom zweiten Hohlspiegel umschlossenen Hohlraum angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlspiegel (9, 23, 46) sphärische, Konkav- oder Parabolspiegel sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung aus einem zentrisch-rotatorisch angeordneten Drehteller (20, 27) besteht, der mindestens eine optische Lichtleitfaser (35, 35′, 36, 36′, 37, 37′) aufweist, deren ein Ende im Bereich der Rotationsachse des Drehtellers endet und optisch in Richtung des einfallenden Lichtstrahls (3,3′) gerichtet ist und deren anderes Ende im Bereich des Umfangs des Drehtellers endet und optisch ungefähr entgegengesetzt wie das erstgenannte Ende der Lichtleitfaser gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kreisebene und längs des Umfangs der Kreisbahn des kreisförmig rotierenden Lichtstrahls in optischer Ausrichtung zu demselben die Enden von Lichtleitfasern (17, 17′, 18, 18′) angeordnet sind, deren entgegengesetzte Enden dem abzutastenden Objekt benachbart und auf dieses optisch gerichtet und der Oberfläche desselben geometrisch angepasst sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder sendenden Lichtleitfaser (17, 18, 35, 36, 37) in Lichtleitrichtung zum Objekt hin mindestens eine empfangene Lichtleitfaser (17′, 18′, 35′, 36′, 37′) in entgegengesetzter Lichtleitrichtung weg vom Objekt und hin zur Auswerteeinrichtung zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß autokollimatisch die sendenden und die empfangenden Lichtleitfasern identisch sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenden Lichtleitfasern den sendenden Lichtleitfasern unmittelbar benachbart und abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern zu einem Flachbündel (15) in Form eines biegsamen, ein- oder mehrlagigen Bandes zusammengefaßt sind, wobei zumindest die Enden der einzelnen Lichtleitfasern je Lage in äquidistanten Abständen voneinander längs einer Linie in einer Fläche zusammengefaßt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Laserlichtquelle (2) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Umlenkoptik aus einer Hohlspindel (41) besteht, die als Läufer eines Elektromotors (38) ausgebildet ist und die an ihrem unteren Ende ein Prisma (43, 47) trägt, das eine schräg angeordnete Spiegelfläche (55, 56) aufweist.

14. Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Objektes, bestehend aus einer Lichtquelle, die einen linear hin- und hergehenden Lichtstrahl erzeugt, der mittels einer Ablenkeinrichtung auf das abzutastende Objekt geworfen und danach der Lichtstrahl nach Reflektion oder Transmission durch das Objekt in einer lichtelektrischen Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung aus einem optischen Lichtleitfaser-Bündel besteht, wobei die einen Enden der Lichtleitfasern längs einer Linie in der Schwingungsebene des oszillierenden Lichtstrahls angeordnet und zu diesem optisch ausgerichtet sind und die anderen der Lichtleitfasern zu einem Kreis gebogen und gegenüber dem abzutastenden Objekt angeordnet sind.