DE3634869A1 - Device for scanning a body by means of at least one luminous beam - Google Patents
Device for scanning a body by means of at least one luminous beamInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtastung eines Körpers mittels wenigstens eines Lichtbündels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for scanning a body by means of at least one light beam according to the preamble of claim 1.
Das von dem Körper "ausgehende" Licht kann dabei den Körper durchsetzt haben oder vom Körper reflektiert worden sein.The "outgoing" light from the body can Have penetrated body or reflected from the body have been.
Es ist bekannt, zum Empfang des von dem Körper bei der Abtastung ausgehenden Lichts einen Lichtleitstab zu ver wenden, in den das Licht - gegebenenfalls über eine Zylin derlinsenanordnung - seitlich eingestrahlt wird. Zu diesem Zweck wird der Lichtleitstab mit einer diffusen Seitenfläche auf der Lichteintrittsseite oder auf der dieser Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche ver sehen oder auch mit einem Raster auf der der Lichtein trittsseite gegenüberliegenden Seitenfläche.It is known to use a light guide rod to receive the light emitted by the body during the scanning, into which the light - optionally via a cylinder lens arrangement - is laterally irradiated. For this purpose, the light guide rod will see ver with a diffuse side surface on the light entry side or on the side surface opposite this side surface or with a grid on the side surface opposite the light entry side.
Weiterhin ist es bekannt, das von dem Körper ausgehende Licht in einem weißen Kasten zu leiten, von dem aus es auf den lichtelektrischen Wandler gelangt (Prinzip der Ulbricht-Kugel).Furthermore, it is known that the body To direct light in a white box from which it is directed reaches the photoelectric converter (principle of Ulbricht sphere).
Alle bekannten Vorrichtungen dieser Art haben den Nachteil einer sehr geringen Lichtausbeute, d.h. die auf den lichtelektrischen Wandler fallende Lichtintensität ist im Verhältnis zu der von dem Lichtleitstab bzw. dem weißen Kasten aufgenommenen Lichtintensität klein (Licht leitstab: 25-30%; weißer Kasten: einige wenige Prozent). Außerdem zeigt sich bei den bekannten Vorrichtungen stets eine deutliche Abhängigkeit der Lichtausbeute von der Auftreffstelle des Lichts auf die Abtastlinie. Diese Ab hängigkeit beruht auf den unterschiedlichen Weglängen des Lichts im Lichtleitstab zum lichtelektrischen Wandler und die sich dadurch ergebende unterschiedliche Dämpfung bzw. durch die unterschiedlichen Streuwinkel und die unterschiedliche Anzahl von Streuungen des Lichts im weißen Kasten. All known devices of this type have the disadvantage a very low luminous efficacy, i.e. the on the Photoelectric converter falling light intensity is in the Ratio to that of the light guide rod or white box recorded light intensity small (light management staff: 25-30%; white box: a few percent). In addition, the known devices always show a clear dependence of the light output on the Point of impact of the light on the scanning line. This Ab Dependency is based on the different path lengths of light in the light guide rod to the photoelectric converter and the resulting different damping or by the different scattering angles and the different number of scatterings of light in the white box.
Unabhängig davon ist es bekannt, Bündel von Lichtleit fasern als Querschnittswandler zu verwenden.Regardless, it is known to bundle light guide fibers to use as cross-sectional converter.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die empfangsseitig eine hohe Lichtausbeute aufweist und auch nur eine geringe Abhängigkeit der Lichtausbeute von derjenigen Stelle der Abtastlinie, von der das Licht ausgeht.The object of the invention is a device according to the The preamble of claim 1 specify the receiving end has a high luminous efficiency and only a low one Dependence of the luminous efficacy on that point of the Scanning line from which the light emanates.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.The solution to this problem is the hallmark of the claim 1 specified.
Dadurch, daß das Licht auf die Stirnflächen der Lichtleit fasern trifft, gelangt es praktisch ungedämpft in die Lichtleitfasern hinein und wird auch über die Länge der Lichtleitfasern nur schwach gedämpft, so daß auch eine Abhängigkeit von der Stelle längs der Abtastlinie, von der das Licht ausgeht, fast nicht gegeben ist. Andererseits gelangt das Licht durch die kompakte Lichtaustrittsfläche des Bündels von Lichtleitfasern auf eine entsprechend kompakte Empfangsfläche des lichtelektrischen Wandlers, so daß auch insoweit keine Abhängigkeit von der Stelle der Empfangsfläche des lichtelektrischen Wandlers vorliegt, auf die das Licht auftrifft.The fact that the light on the end faces of the light guide fibers hits, it gets into the Optical fibers and is also along the length of the Optical fibers only weakly damped, so that one Dependence on the position along the scan line from which the light goes out, is almost non-existent. On the other hand the light passes through the compact light exit surface the bundle of optical fibers to a corresponding compact receiving area of the photoelectric converter, so that no dependence on the position of the Receiving surface of the photoelectric converter is present, on which the light strikes.
Um eine einfache Herstellung der Lichteintrittsfläche zu ermöglichen, ist bevorzugt eine Ausbildung gemäß Anspruch 2 vorgesehen. Ausdrücklich sei aber darauf hingewiesen, daß dabei die Längsachsen der Lichtleitfasern nächst ihren eintrittsseitigen Stirnflächen nicht notwendigerweise rechtwinklig zu ihren eintrittsseitigen Stirnflächen ver laufen müssen.To make the light entry surface easy enable, is preferably an education according to claim 2 provided. However, it should be expressly pointed out that the longitudinal axes of the optical fibers are next to theirs end faces not necessarily on the inlet side ver at right angles to their end faces on the inlet side have to run.
Zur Erhöhung der Lichtausbeute ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 3 - wie sie in anderem Zusammenhang bekannt ist - vorgesehen.To increase the light output, training is in accordance Claim 3 - as is known in another context - intended.
Um das von der Abtastlinie ausgehende Licht vollständig zu erfassen, ist bevorzugt eine Ausbildung gemäß Anspruch 4 vorgesehen. Dem gleichen Zweck dient die Ausbildung gemäß Anspruch 5.To complete the light coming from the scan line to capture, is preferably an education according to claim 4 provided. Training serves the same purpose according to claim 5.
Um eine möglichst hohe Auflösung zu erhalten und um unver meidlich auftretende kleine Fehler auszumitteln, ist be vorzugt eine Ausbildung gemäß Anspruch 6 vorgesehen.To get the highest possible resolution and to keep Finding out small errors that occur is a must preferably provided an education according to claim 6.
Um die Weglänge und damit die Dämpfung des Lichts in den Lichtleitfasern zu vergleichmäßigen, ist bevorzugt eine Ausbildung gemäß Anspruch 7 vorgesehen.By the path length and thus the attenuation of the light in the Uniformizing optical fibers is preferably one Training provided according to claim 7.
Die weiteren Unteransprüche 8 bis 18 werden in der folgen den Figurenbeschreibung begründet:The further subclaims 8 to 18 will follow in the justified the description of the figures:
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert:The invention is based on exemplary embodiments explained with reference to the accompanying drawings:
Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 1 shows schematically the basic structure of a device according to the invention;
die Fig. 2 bis 4 zeigen Blenden zwischen einer Zylinder linsenanordnung und der streifenförmigen Lichteintritts fläche des Bündels von Lichtleitfasern aus der Blick richtung A in Fig. 1; Figs. 2 to 4 show diaphragm between a cylinder lens arrangement, and the stripe-shaped light entry surface of the bundle of optical fibers from the viewing direction A in Fig. 1;
die Fig. 5, 6 und 7 dienen der Erläuterung des Lichtwegs in einer Lichtleitfaser; Figs. 5, 6 and 7 serve to illustrate the light path in an optical fiber;
Fig. 8 dient der Erläuterung der Bedeutung eines Rasters vor der Lichteintrittsfläche des Bündels von Lichtleit fasern; Fig. 8 is used to explain the meaning of a grid in front of the light entry surface of the bundle of optical fibers;
die Fig. 9 bis 11 zeigen schematisch unterschiedliche Raster; Figs. 9 to 11 schematically show different screen;
die Fig. 12 und 13 dienen der Erläuterung der Ausbildung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung eines fächerförmigen, abtastenden Lichtbündels; Figs. 12 and 13 illustrate the formation of a device according to the invention when using a fan-shaped scanning light beam;
Fig. 14 dient der Erläuterung der Abtastung einer ge krümmten Abtastlinie. Fig. 14 is used in explaining the scanning of a ge curved scan line.
Fig. 1 zeigt einen Teil einer Vorrichtung zur Abtastung eines - nicht dargestellten - Körpers längs einer - ebenfalls nicht dargestellten - Abtastlinie mittels eines Lichtbündels. Dargestellt ist nur der Empfangsteil der Vorrichtung: Von dem abgetasteten Körper gehen bei der Abtastung - in diesem Ausführungsbeispiel untereinander parallele - Lichtbündel 2 aus. Diese Lichtbündel 2 können simultan in Form eines Lichtstreifens vorliegen. Der Normalfall ist jedoch, daß die Abtastung mit einem schmalen Lichtbündel periodisch erfolgt, so daß die Bezugsziffern 2 die Lage des Lichtbündels 2 zu verschiedenen Zeiten symbolisieren. Fig. 1 shows part of a device for scanning a - not shown - body along a - also not shown - scanning line by means of a light beam. Only the receiving part of the device is shown: from the scanned body, during the scanning - in this exemplary embodiment parallel to one another - light beams 2 emanate. These light beams 2 can be present simultaneously in the form of a light strip. However, the normal case is that the scanning takes place periodically with a narrow light beam, so that the reference numbers 2 symbolize the position of the light beam 2 at different times.
Ein Bündel 4 von Lichtleitfasern 6 ist mit seinen einen Stirnflächen 8 der - nicht dargestellten - Abtastlinie zugewandt und mit seinen anderen Stirnflächen 10 der Empfangsfläche 11 eines lichtelektrischen Wandlers 12. Die Stirnflächen 8 der Lichtleitfasern 6 sind zu einer streifenförmigen Lichteintrittsfläche 14 zusammengefaßt. Die Stirnflächen 10 sind zu einer kompakten Lichtaus trittsfläche 16 zusammengefaßt.A bundle 4 of optical fibers 6 faces the scanning line (not shown) with its one end faces 8 and the receiving surface 11 of a photoelectric converter 12 with its other end faces 10 . The end faces 8 of the optical fibers 6 are combined to form a strip-shaped light entry surface 14 . The end faces 10 are combined into a compact light-emitting surface 16 .
In den Fig. 2 bis 4 ist durch einen Schnittpunkt die senk recht zur Papierebene verlaufende Abtastlinie 18 angedeu tet. Die Flächen einer - in diesem Ausführungsbeispiel - zu durchstrahlenden, abzutastenden Bahn 20, die sich in Richtung des Pfeils 22 bewegt, verlaufen ebenfalls senk recht zur Papierebene. Das die Abtastlinie 18 abtastende Lichtbündel 2 hat quer zur Abtastlinie 18 eine Abmessung, die durch den Pfeil 24 angedeutet ist. Bevorzugt beträgt diese Abmessung 500 bis 3000µ. Bei einer Abtastung mit einem bewegten Lichtbündel 2, also einem in Richtung der Abtastlinie 18 begrenzten Lichtfleck, beträgt dessen Ab messung in Richtung der Abtastlinie 18 bevorzugt 40 bis 200µ. Das von der Abtastlinie 18 ausgehende Licht wird durch eine Zylinderlinsenanordnung 26 auf die Lichtein trittsfläche 14 des Bündels 4 von Lichtleitfasern 6 ab gebildet. Der abgebildete Lichtfleck hat bevorzugt in Längsrichtung der Lichteintrittsfläche 14, also recht winklig zur Papierebene, eine Ausdehnung von 300 bis 1000µ und in Querrichtung der Lichteintrittsfläche 14, also in der Papierebene, eine Ausdehnung, die kleiner ist als die Breite der Lichteintrittsfläche 14. Die Länge der Lichteintrittsfläche 14 ist mindestens so groß wie die Breite der Bahn 20 (senkrecht zur Papierebene). Der Durchmesser der Einzelfasern 6 in dem Bündel 4 beträgt 50 bis 250µ, ist also wesentlich kleiner als die Auflösung, die durch den abgebildeten Lichtfleck erzielt wird.In Figs. 2 to 4, the right perpendicular to the paper plane extending scanning line 18 is tet angedeu through an intersection. The surfaces of a - in this embodiment - to be irradiated, scanned track 20, which moves in the direction of arrow 22, also extend perpendicular to the paper plane right. The scan line 18 scanning light beam 2 has transversely, which is indicated by the arrow 24 to the scanning line 18, a dimension. This dimension is preferably 500 to 3000μ. When scanning with a moving light beam 2 , that is, a light spot limited in the direction of the scanning line 18 , its measurement in the direction of the scanning line 18 is preferably 40 to 200μ. The light emanating from the scanning line 18 is formed by a cylindrical lens arrangement 26 onto the light entry surface 14 of the bundle 4 of optical fibers 6 . The light spot shown preferably has in the longitudinal direction of the light entrance surface 14, that is right angle to the plane of the paper, an area of 300 to 1000μ and in transverse direction of the light entrance surface 14, that is in the paper plane, an extension which is smaller than the width of the light entry surface fourteenth The length of the light entry surface 14 is at least as large as the width of the web 20 (perpendicular to the plane of the paper). The diameter of the individual fibers 6 in the bundle 4 is 50 to 250μ, which is much smaller than the resolution achieved by the light spot shown.
Durch die Zylinderlinsenanordnung 26 gelangt das gesamte von der Abtastlinie 18 ausgehende Licht, soweit es von einer Blendenanordnung 28 in der Zylinderlinsenanordnung 26 durchgelassen wird, auf die Lichteintrittsfläche 14. In den Lichtleitfasern 6 ist die Dämpfung des Lichts sehr gering, typischerweise etwa 6%/m. Achtet man auf die Länge der einzelnen Lichtleitfasern 6 nicht besonders, so gelangt man je nach der Länge der Lichteintrittsfläche 14 bei Bahnbreiten zwischen 100 und 3000 mm zu Unter schieden in der Faserlänge zwischen 0,5 und 1,5 m. Das bedeutet, daß etwa 80% bis 85% des in die Lichtleitfasern 6 eintretenden Lichts der Lichteintrittsfläche 16 des lichtelektrischen Wandlers 12 zugeführt werden.Through the cylindrical lens assembly 26 passes the entire scan line 18 emanating from the light so far as it is transmitted by a shutter arrangement 28 in the cylindrical lens array 26, on the light entrance surface fourteenth The attenuation of the light in the optical fibers 6 is very low, typically about 6% / m. If you do not pay particular attention to the length of the individual optical fibers 6 , depending on the length of the light entry surface 14 , web widths between 100 and 3000 mm lead to differences in the fiber length between 0.5 and 1.5 m. This means that about 80% to 85% of the light entering the optical fibers 6 are supplied to the light entry surface 16 of the photoelectric converter 12 .
Aufgrund der geringen Dämpfung in den Lichtleitfasern 6 ist die Abhängigkeit der Lichtausbeute von der Stelle längs der Abtastlinie 18, von der das Licht ausgeht, und von dem Einfallswinkel des Lichts in die Lichtleitfasern 6 außer ordentlich gering und beträgt nur wenige Prozent.Due to the low attenuation in the optical fibers 6 , the dependence of the light yield on the location along the scanning line 18 from which the light emanates and on the angle of incidence of the light into the optical fibers 6 is extraordinarily low and is only a few percent.
Macht man die Lichtleitfasern 6 möglichst gleich lang, so erhält man eine konstante, hohe Lichtausbeute bei kon stanter geringer Dämpfung und somit eine konstante, hohe Empfindlichkeit für jede Stelle längs der Abtastlinie 18, von der das Licht ausgeht. Ein Materialfehler an einer Stelle der Abtastlinie 18 wird dann auch zuverlässig an einer anderen Stelle der Abtastlinie 18 erkannt. Es besteht also nicht die Gefahr, daß ein Fehler, der an einer Stelle der Abtastlinie 18 erkannt wird, an einer anderen Stelle der Abtastlinie 18 nicht erkannt wird.If you make the optical fibers 6 as long as possible, you get a constant, high light output with constant low attenuation and thus a constant, high sensitivity for each point along the scanning line 18 from which the light emanates. A material defect at one point on the scanning line 18 is then reliably detected at another point on the scanning line 18 . Thus, there is no risk that an error is detected at a position of the scan line 18 is not detected at a different point of the scan line eighteenth
In Abhängigkeit von den abzutastenden Materialien und den unterschiedlichen Fehlern ist der Empfangswinkelbereich der Lichteintrittsfläche 14, also die Apertur, optimal festzulegen.Depending on the materials to be scanned and the various errors, the reception angle range of the light entry surface 14 , that is to say the aperture, must be optimally determined.
Fig. 2 zeigt schematisch den Fall einer großen Apertur, die besonders für stark streuendes Material bevorzugt ist. Die Blendenanordnung 28 ist weit geöffnet und läßt von dem weit aufgestreuten Licht möglichst viel durch die Zylinderlinsenanordnung 26 auf die Lichteintrittsfläche 14 treffen. Fig. 2 shows schematically the case of a large aperture, which is particularly preferred for strongly scattering material. The aperture arrangement 28 is wide open and allows as much of the widely scattered light as possible to strike the light entry surface 14 through the cylindrical lens arrangement 26 .
Streut das Material wenig und reflektiert es stark, öffnet man die Blendenanordnung 28 geringer. Das wenig gestreute Licht kann daher durch die nur wenig geöffnete Blendenan ordnung 28 vollständig auf die Lichteintrittsfläche 14 treffen. Wird nun Licht durch einen Materialfehler quer zur Richtung der Abtastlinie 18 ausgelenkt, so wird es bereits bei relativ kleinen Auslenkungen durch die nur wenig geöffnete Blendenanordnung 28 am Auftreffen auf die Lichteintrittsfläche 14 gehindert. Entsprechend gelangt weniger Licht zum lichtelektrischen Wandler 12, und der Fehler wird erkannt.If the material scatters little and reflects it strongly, the aperture arrangement 28 is opened less. The little scattered light can therefore hit the light entry surface 14 completely through the only slightly open aperture arrangement 28 . If now light deflected by a material defect transverse to the direction of the scan line 18, it is prevented even at relatively small deflections by the little open aperture array 28 from impinging on the light entry surface fourteenth Accordingly, less light reaches the photoelectric converter 12 and the fault is recognized.
Eine weitere erhebliche Empfindlichkeitssteigerung ist mit der Blendenanordnung 28, 30 nach Fig. 4 möglich. Ist nämlich in dem in Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Fall die Auslenkung des Lichts durch den Materialfehler so klein, daß z.B. nur 1% des ausgelenkten Lichts von der Blendenanordnung 28 in Fig. 3 abgeschirmt wird, also nicht auf die Lichteintrittsfläche 14 gelangt, so be deutet dies, daß der lichtelektrische Wandler 12 einen Intensitätssprung von 100 auf 99 auflösen müßte, um ein auswertbares Fehlersignal zu erhalten. Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist aus diesem Grund eine zentrale Blende 30 vorgesehen, die das ungestört von der Abtastlinie 18 aus gehende Licht (kein Materialfehler) abblendet. Bei An wendung einer solchen zentralen Blende 30 kann ein Mate rialfehler, der nur 1% der Gesamtintensität des von der Abtastlinie 18 ausgehenden Lichts auf die Blendenanordnung 28 auslenkt, leicht erkannt werden, da das verbleibende Licht dann durch die Freiräume zwischen der Blendenanord nung 28 und der zentralen Blende 30 auf die Lichtein trittsfläche 14 und damit auf den lichtelektrischen Wand ler 12 fällt und somit die relative Intensitätsänderung des auf den lichtelektrischen Wandler 12 fallenden Lichts wesentlich größer ist.A further significant increase in sensitivity is possible with the diaphragm arrangement 28 , 30 according to FIG. 4. In fact, in the case described in connection with FIG. 3, the deflection of the light due to the material defect is so small that, for example, only 1% of the deflected light is shielded by the diaphragm arrangement 28 in FIG. 3, that is to say it does not reach the light entry surface 14 This means that the photoelectric converter 12 would have to resolve an intensity jump from 100 to 99 in order to obtain an evaluable error signal. For this reason, in the arrangement according to FIG. 4, a central diaphragm 30 is provided, which dazzles the light (no material defect) emanating from the scanning line 18 . If such a central aperture 30 is used , a material error which only deflects 1% of the total intensity of the light emanating from the scanning line 18 onto the aperture arrangement 28 can be easily recognized, since the remaining light then passes through the spaces between the aperture arrangement 28 and the central aperture 30 on the Lichtein tread 14 and thus on the photoelectric wall ler 12 falls and thus the relative change in intensity of the light falling on the photoelectric converter 12 is much larger.
Mit dem Bündel 4 von Lichtleitfasern 6 kann man aber auch eine Anpassung der Apertur in Längsrichtung der Abtastlinie 18 erreichen, wenn man die im folgenden zu erläuternden Vorkehrungen trifft. (Bei Anwendung der eingangs beschrie benen bekannten Vorrichtungen ist dies nicht möglich.) Fig. 5 zeigt Lichtstrahlen 32, 34, 36 mit Lichteintritts winkeln von 10°, 30° und 50° in die Stirnfläche 8 einer Lichtleitfaser 6. Ersichtlich hat der unter dem größten Winkel (50°) einfallende Lichtstrahl 36 eine größere Weglänge in der Lichtleitfaser 6 und erfährt daher ins gesamt eine größere Dämpfung. Um die Dämpfung und damit die Fehlererkennung zu ver gleichmäßigen, ist es daher sinnvoll, die Lichteintritts winkel zu begrenzen. Im Handel verfügbar sind derzeit Lichtleitfasern 34 mit maximalen Empfangswinkeln E zwischen 2×37,5°=75° (Fig. 6) und 2×12,5°=25° (Fig. 7). Dieser maximale Empfangswinkel ist gleich dem maximalen Empfangswinkel E der Lichteintrittsfläche 14 des Bündels 4 von Lichtleitfasern 6. Geht man über diese maximalen Empfangswinkel E hinaus, leiten die Lichtleitfasern 6 nicht mehr, weil das Licht in ihnen nicht mehr total reflektiert wird, sondern aus ihnen heraustritt.With the bundle 4 of optical fibers 6 , however, an adjustment of the aperture in the longitudinal direction of the scanning line 18 can also be achieved if the precautions to be explained below are taken. (When using the known devices described above, this is not possible.) FIG. 5 shows light beams 32 , 34 , 36 with light entry angles of 10 °, 30 ° and 50 ° into the end face 8 of an optical fiber 6 . It can be seen that the light beam 36 incident at the greatest angle (50 °) has a greater path length in the optical fiber 6 and therefore experiences a greater attenuation overall. In order to equalize the damping and thus the error detection, it is therefore advisable to limit the light entry angle. Optical fibers 34 with maximum reception angles E between 2 × 37.5 ° = 75 ° ( FIG. 6) and 2 × 12.5 ° = 25 ° ( FIG. 7) are currently commercially available. This maximum reception angle is equal to the maximum reception angle E of the light entry surface 14 of the bundle 4 of optical fibers 6 . If one goes beyond this maximum reception angle E , the optical fibers 6 no longer guide because the light is no longer totally reflected in them, but emerges from them.
Fig. 8 zeigt den Fall, daß von einer Abtastlinie 18, auf die ein Lichtstrahl 38 trifft, bei Fehlerfreiheit ein in Längsrichtung der Abtastlinie 18 gestreutes Lichtbündel 2 ausgeht. FIG. 8 shows the case in which a light beam 2, which is scattered in the longitudinal direction of the scanning line 18, emanates from a scanning line 18 which is hit by a light beam 38 when there are no defects.
Als Streuwinkel S des Lichtstrahls 38 in Längsrichtung der fehlerfreien Abtastlinie 18 sind die Fälle 2×20° und 2×40° als Begrenzungswinkel des von der fehlerfreien Ab tastlinie 18 ausgehenden Lichtbündels 2 dargestellt. Das in den Winkelbereich dieser Begrenzungswinkel gestreu te Licht trifft durch die Zylinderlinsenanordnung 26 auf die Lichteintrittsfläche 14 des Bündels 4 von Lichtleitfasern 6. Als Empfangswinkel E in Richtung der Abtastlinie 18 sind auf der Lichteintrittsfläche 14 die drei Fälle 2×20°, 2×30° und 2×40° als Begrenzungswinkel, aus denen die Lichtleitfasern 6 Licht aufnehmen können, dargestellt. Optimale Verhältnisse ergeben sich, wenn der Streuwinkel S des Lichtstrahls 38, also der Begrenzungswinkel des Lichtbündels 2, das von dem Lichtstrahl 38 durch Streuung an der fehlerfreien Abtastlinie 18 erzeugt wird annähernd gleich dem Empfangswinkel E der Lichtleitfasern 6 in der Lichtein trittsfläche 14 ist. Ist der fehlerfreie Streuwinkel S kleiner als der Empfangswinkel E, so fällt durch einen Fehler über den Streuwinkel S hinaus gestreutes Licht noch in den Empfangswinkel E und wird nicht als Fehler erkannt oder das Fehlersignal, das der lichtelektrische Wandler 12 aufnimmt, ist verhältnismäßig klein. Ist der fehler freie Streuwinkel S größer als der Empfangswinkel E, so wird über den Streuwinkel S hinaus gestreutes Licht überhaupt nicht erkannt, weil es von den Lichtleitfasern 6 nicht weitergeleitet wird.As the scattering angle S of the light beam 38 in the longitudinal direction of the error-free scanning line 18 , the cases 2 × 20 ° and 2 × 40 ° are shown as the delimitation angle of the light beam 2 emanating from the error-free scanning line 18 . The light scattered in the angular range of this limiting angle strikes the light entry surface 14 of the bundle 4 of optical fibers 6 through the cylindrical lens arrangement 26 . The three cases 2 × 20 °, 2 × 30 ° and 2 × 40 ° are shown as reception angles E in the direction of the scanning line 18 on the light entry surface 14 as delimitation angles from which the optical fibers 6 can receive light. Optimal conditions result when the scattering angle S of the light beam 38 , that is to say the delimitation angle of the light bundle 2 , which is generated by the light beam 38 by scattering on the error-free scanning line 18 , is approximately the same as the reception angle E of the optical fibers 6 in the light entry surface 14 . If the error-free scattering angle S is smaller than the reception angle E , light scattered by an error beyond the scattering angle S still falls into the reception angle E and is not recognized as an error or the error signal which the photoelectric converter 12 picks up is relatively small. If the error-free scattering angle S is greater than the reception angle E , then light scattered beyond the scattering angle S is not recognized at all because it is not passed on by the optical fibers 6 .
Um die Empfangswinkel E der im Handel verfügbaren Licht leitfasern 6 - durch Verkleinerung - den fehlerfreien Streuwinkeln S der Abtastlinien 18 anzupassen, sind gemäß Fig. 9 bis 11 vor der Lichteintrittsfläche 14 des Bündels 4 von Lichtleitfasern 6 Raster 42, 44, 46 anzu ordnen, die den Empfangswinkel E der Lichtleitfasern 6 auf einen effektiven Empfangswinkel E eff begrenzen.In order to adapt the reception angle E of the commercially available optical fibers 6 - by reduction - to the error-free scattering angles S of the scanning lines 18 , grids 42 , 44 , 46 are to be arranged in front of the light entry surface 14 of the bundle 4 of optical fibers 6 according to FIGS . 9 to 11, which limit the reception angle E of the optical fibers 6 to an effective reception angle E eff .
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 weist das Raster 42 quer zur Längsrichtung der Lichteintrittsfläche 14 ver laufende, lichtundurchlässige Schichten 50 auf, die durch lichtdurchlässige Schichten 52 voneinander getrennt sind. Die lichtundurchlässigen Schichten 50 sind zur Vermeidung von Lichtverlusten möglichst dünn (bevorzugt 5 bis 20µm stark) und die lichtdurchlässigen Schichten 52 in Abhängig keit von den gewünschten effektiven Empfangswinkeln E eff möglichst dick (bevorzugt 5 bis 300µm stark). Das Verhält nis von Breite zu Abstand der lichtundurchlässigen Schichten 50 legt den effektiven Empfangswinkel E eff fest, beträgt dieses Verhältnis z.B. 0,1, so ist E eff = 11°.In the embodiment according to FIG. 9, the grid 42 has transverse, opaque layers 50 running transversely to the longitudinal direction of the light entry surface 14 , which layers are separated from one another by transparent layers 52 . In order to avoid light losses, the opaque layers 50 are as thin as possible (preferably 5 to 20 μm thick) and the transparent layers 52 are as thick as possible (preferably 5 to 300 μm thick) depending on the desired effective reception angles E eff . The ratio of width to distance of the opaque layers 50 defines the effective reception angle E eff , if this ratio is 0.1, for example, then E eff = 11 °.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist das Raster 44 durch in mehreren Schichten 54, 56, 58 übereinander quer zur Längsrichtung der Lichteintrittsfläche 14 des Bündels 4 von Lichtleitfasern 6 verlaufenden, lichtundurchlässigen Streifen 60 gebildet, die durch lichtdurchlässige Streifen 62 voneinander getrennt sind. Auch hier sind, um Licht verluste zu vermeiden, die lichtundurchlässigen Streifen 60 möglichst schmal. In unterschiedlichen Schichten 54, 56, 58 verlaufende, nicht übereinander liegende, licht durchlässige Streifen 62 sind bevorzugt derart gegenein ander versetzt, daß durch sie auf die Lichteintritts fläche 14 fallendes Licht wegen zu großen Einfallswinkels nicht von den Lichtleitfasern 6 weitergeleitet wird (z.B. Lichtstrahl 64).In the embodiment according to FIG. 10, the grid 44 is formed by opaque strips 60 which run in several layers 54 , 56 , 58 one above the other transversely to the longitudinal direction of the light entry surface 14 of the bundle 4 of optical fibers 6 and are separated from one another by transparent strips 62 . Here too, in order to avoid light losses, the opaque strips 60 are as narrow as possible. In different layers 54 , 56 , 58 , non-superimposed, translucent strips 62 are preferably offset from one another in such a way that light falling through them onto the light entry surface 14 is not passed on by the optical fibers 6 because the angle of incidence is too large (for example light beam 64 ).
Ein solches Raster 44 läßt sich einfach durch übereinan derlegen von Filmen oder Folien mit einer den lichtun durchlässigen Streifen 60 und den lichtdurchlässigen Streifen 62 entsprechenden Gitterstruktur oder Gitter färbung herstellen. Such a grid 44 can be easily produced by superimposing films or foils with a lattice structure or lattice coloration corresponding to the translucent strips 60 and the translucent strips 62 .
Wird die Abtastlinie 18 mittels eines von einem Zentralbe reich 64 - etwa einem Spiegelrad - ausgehenden Lichtbündels 2 fächerartig abgetastet, so sind die Ausführungsformen nach Fig. 11 bis 13 bevorzugt = die der Abtastlinie 18 zugewandten Stirnflächen 8 und Enden der Lichtleitfasern 6 sind unter Berücksichtigung der Einfallsbrechung der Lichtstrahlen 66 in die Stirnflächen 8 wenigstens annähernd auf den Zentralbereich 64 gerichtet. Dabei wird vorzugs weise auch das Raster 46 auf den Zentralbereich 64 ausge richtet.If the scan line 18 by means of one of a Zentralbe rich 64 - such as a mirror wheel -. Outgoing light beam 2 is scanned in a fan shape, the embodiments according to Fig 11 are preferably up to 13 = the scan line 18 facing end surfaces 8 and ends of the optical fibers 6 are taking into account the Refraction of the light rays 66 in the end faces 8 is directed at least approximately towards the central region 64 . The grid 46 is also preferably aligned with the central region 64 .
Ist die Abtastlinie 18 gekrümmt, liegt sie z.B. auf einer Lagerschale, einem Rohr oder einer Kesselwand, so ist bevorzugt entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 14 die Lichteintrittsfläche 14 des Bündels 4 von Lichtleit fasern 6 entsprechend gekrümmt, bei kreisförmiger Abtast linie 18 also ebenfalls konzentrisch kreisförmig, wenn die Abtastung fächerförmig von einem Zentralbereich 64 aus erfolgt. Die gegebenenfalls vorhandene Zylinderlinsenan ordnung 26 wird dann entsprechend torisch gekrümmt. Eine Unabhängigkeit der Fehleranzeigeempfindlichkeit von der jeweils abgetasteten Stelle der Abtastlinie 18 läßt sich mit den oben beschriebenen Maßnahmen sicherstellen.If the scanning line 18 is curved, it lies, for example, on a bearing shell, a tube or a boiler wall, so the light entry surface 14 of the bundle 4 of optical fibers 6 is preferably curved accordingly in accordance with the embodiment according to FIG. 14, with a circular scanning line 18 also concentric circular if the scan is fan-shaped from a central area 64 . The cylinder lens arrangement 26 which may be present is then correspondingly curved in a toric manner. The measures described above ensure that the error display sensitivity is independent of the position of the scanning line 18 that is scanned.
Die Abtastlinie 18 muß in einfach gelagerten Fällen nicht von einem bewegten Lichtbündel 2 abgetastet werden, sondern kann, wenn es nur auf die Feststellung von Fehlern irgendwo auf der Abtastlinie 18 ankommt, z.B. auf das Auf finden eines Lochs in einer Bahn 20, auch von einem die ganze Abtastlinie abdeckenden Lichtstreifen abgetastet werden.In simple cases, the scanning line 18 does not have to be scanned by a moving light beam 2 , but can, if only the detection of errors somewhere on the scanning line 18 is important, for example the finding of a hole in a path 20 , also by one light strips covering the entire scanning line can be scanned.
Ein solcher Lichtstreifen wird bevorzugt von einem Bündel 4 von Lichtfasern 6 erzeugt, wobei jedoch die kompakte Lichtaustrittsfläche 16 des Bündels 4 als Lichteintritts fläche einer Lichtquelle zugewandt ist und die streifen förmige Lichteintrittsfläche 14 als Lichtaustrittsfläche der Abtastlinie 18 unter Zwischenfügung einer fokussie renden Zylinderlinsenanordnung 26 zugewandt ist.Such a light streak is preferably generated by a bundle 4 of light fibers 6 , however, the compact light exit surface 16 of the bundle 4 faces the light entry surface of a light source and the strip-shaped light entry surface 14 faces the scan line 18 with the interposition of a focussing cylinder lens arrangement 26 .
Claims (18)
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|---|---|---|---|
| DE19863634869 DE3634869A1 (en) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Device for scanning a body by means of at least one luminous beam |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE3634869A1 true DE3634869A1 (en) | 1988-04-21 |
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ID=6311641
Family Applications (1)
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| DE19863634869 Ceased DE3634869A1 (en) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | Device for scanning a body by means of at least one luminous beam |
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|---|---|
| DE (1) | DE3634869A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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