DE4021487A1 - Optische bauelemente zum optischen abtasten der oberflaeche eines objektes, dessen oberflaeche licht zu reflektieren, zu streuen oder zu brechen imstande ist - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft optische Bauelemente zum optischen Abtasten der Oberfläche eines Objektes, dessen Oberfläche Licht zu refelktieren, zu streuen oder zu brechen imstande ist, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.

Stand der Technik

Durch die DE-A1 38 22 303 bzw. die WO 89/05 468 ist eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines bewegbaren Objektes bekanntgeworden, dessen Oberfläche Licht zu reflektieren oder zu streuen imstande ist, mit einer Lichtquelle und einem optischen kegel- oder schalenförmigen, innen verspiegelten Ringspiegel mit einer umlaufenden Spiegelfläche und einer dazu zentrisch angeordneten Durchgangsöffnung zum Durchgang des Objektes durch den Ringspiegel, wobei in Richtung der Hauptachse des Ringspiegels, innerhalb dessen Öffnungswinkels und über dessen Durchgangsöffnung sich ein weiterer Spiegel befindet und einem opto-elektronischen Sensor und einer elektrischen Auswerteeinrichtung, wobei das Licht nach Reflexion oder Streuung am Objekt auf die Spiegelfläche der Spiegel geworfen, auf den Sensor gelenkt und in der Auswerteeinrichtung ausgewertet wird. Die Lichtquelle beleuchtet das Objekt rings dessen Umfang im Bereich der Durchgangsöffnung des Ringspiegels dergestalt, daß das vom Objekt rings des Umfangs reflektierte oder gestreute Licht gleichzeitig peripher auf die Spiegelfläche des Ringspiegels fällt. Der zweite Spiegel besitzt eine schräg geneigte, ebene Spiegelfläche, die das reflektierte oder gestreute Licht auf den Sensor leitet, der ein vollständiges Umfangsband detektiert, das einer Umfangsfläche des Objektes von vorgegebener Breite entspricht. Mit dieser Vorrichtung ist eine vollständige ringförmige Abtastung optisch schwierig zu realisieren, insbesondere bei langen, kontinuierlich abzutastenden Objekten, weil aufgrund der Geometrie abgeschaltete Bereiche auf dem Objekt auftreten.

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optische Bauelemente der genannten Gattung weiter zu entwickeln, mit denen die Oberfläche von beliebig langen Objekten, vorzugsweise während einer Bewegung des Objektes, mit einer dem Problem der Umfangsabtastung angepaßten Abbildungsmethode abgetastet werden kann, um damit eine optische Abbildung bzw. ein Bildsignal hoher Auflösung für die Wiedergabe eines kontinuierlich wandernden Bereiches einer bestimmten vorgebbaren Breite des Umfangs des Objektes als abgebildete Umfangslinie oder -band zu gewinnen.

Darstellung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die optischen Bauelemente besitzen den hervorstechenden Vorteil, daß diese zum Abtasten von beliebig langen Objekten mit vorzugsweise zylindrischen Querschnitten, die durchscheinend, durchsichtig oder undurchsichtig sind, aber deren Oberfläche Licht zu reflektieren oder zu streuen imstande ist, höchst vorteilhaft geeignet sind, weil die beiden Keilflächen als Spiegelflächen des zweiten optischen Körpers ein Lichtbündel, welches von unten auf die Umgebung der Durchgangsöffnung auf die Keilflächen auftritt, in zwei Teilstrahlenbündel zerlegen und nach Umlenkung entfernt von der Durchgangsöffnung wieder zusammensetzen, so daß abgeschattete Bereiche auf dem Objekt vermieden werden. In vorteilhafter Weise ist es möglich, durch das Abbildungssystem hindurch das Objekt am Umfang gleichmäßig zu beleuchten.

Der Sensor kann ein stehendes oder fortlaufendes Bild erzeugen, so daß ein Bereich vorgebbarer Breite des gesamten Umfangs des Objektes oder nur ein Teil desselben bei Stillstand oder Bewegung des Objektes als optische Abbildung bzw. Bildsignal, zum Beispiel in Form eines abgebildeten Umfangsbandes oder eines Teils desselben, mit höchster Auflösung gewonnen werden kann. Dabei kann die Oberfläche des Objektes regelmäßig oder diffus reflektieren, das Objekt kann ein hohes oder geringes Reflexionsvermögen haben. Besitzt das Objekt auf seiner Oberfläche Unregelmäßigkeiten, Löcher, Ausbrüche, Abbrüche, Abplatzungen, Kantenbeschädigungen oder sonstige Anomalien, so verändert sich dadurch die Reflexion oder Streuung oder Brechung oder der Lichtdurchlaß gegenüber der normalen Oberfläche; diese optische Änderung der Lichtintensität kann erfindungsgemäß detektiert werden. Wird das Objekt bewegt, so erscheint auf dem Sensor ein fortschreitendes Bildsignal entsprechend der durchlaufenden, abgetasteten Umfanglinie. Diese Ausführungsformen, insbesondere diejenige, die als einstückiger optischer Gegenstand ausgeführt sind, lassen sich in einfacher Weise aus Kunstglas pressen, so daß die Bauelemente streng dem Objekt angepaßte und preiswerte Problemlösungen erlauben.

Mit einem weiteren erfindungsgemäßen optischen Bauelement gemäß dem Patentanspruch 5 können in vorteilhafter Weise durchsichtige Objekte beliebiger Länge auf ihre Oberflächenbeschaffenheit abgetastet werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines optischen Bauelementes mit zwei Keilflächen als Spiegelflächen und weiteren Spiegelkörpern mit Spiegelflächen,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines optischen Bauelementes, das aus einem einstückigen, durchsichtigen Gegenstand mit zwei Keilflächen als Brechungsflächen und weiteren Brechungsflächen besteht,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines weiteren optischen Bauelementes mit zwei Keilflächen als Spiegelflächen und weiteren Spiegelkörpern, wobei das Bauelement zur Durchleuchtung von durchsichtigen Objekten geeignet ist,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines optischen Bauelementes gemäß demjenigen der Fig. 2 mit einem die Durchgangsöffnung durchdringenden Längsschlitz zum Einführen beispielsweise eines Fadens in das Bauelement und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Bauelementes gemäß der Fig. 3 in integraler Gestaltung zur Durchleuchtung von durchsichtigen Objekten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Das optische Bauelement gemäß der Fig. 1 zeigt in perspektivischer schematischer Darstellung einen unteren Ringspiegel 9, der eine Durchgangsöffnung 10 zum Durchführen eines zylindrischen Objektes 15 aufweist und der eine innen angeordnete, hohlkegel- oder schalenförmige, rotationssymmetrische Spiegelfläche 11 aufweist. Oberhalb des Ringspiegels 9 befindet sich auf seiner Hauptachse 14 ein zweiter optischer Körper, der als länglicher Keil 1 gestaltet ist und der im Hauptschnitt einen dreieckförmigen Querschnitt aufweist. Der Keil 1 besitzt eine nach oben weisende Grundfläche 60 und zwei plane, unter einem Winkel δ zueinander geneigte Keilflächen 2, 2′, die als Spiegelflächen ausgebildet sind, wobei der Winkel δ entweder ein spitzer oder ein überstumpfer Winkel ist; im gezeigten Beispiel ist der Winkel δ ein überstumpfer Winkel.

Der Keil 1 wird, ausgehend von der Grundfläche 60, in Richtung der Hauptachse 14 von einer Durchgangsöffnung 4 durchsetzt, die beide Keilflächen 2, 2′ symmetrisch durchdringt und deren Querschnitt mittig zur langen Mittellinie 58 der oberen Deckfläche 60 des Keils 1 angeordnet ist, wobei in der Projektion die Durchgangsöffnung 4 zentrisch innerhalb des Ringspiegels liegt, so daß die gemeinsame Kante 3 der Keilflächen 2, 2′ einen Durchmesser des Ringspiegels und, falls die Durchgangsöffnung 4 kreisrund ist, auch der Durchgangsöffnung 4 bildet. Die Hauptachse 14 durchstößt somit die gemeinsame Kante 3 der Keilflächen 2, 2′ und teilt den Winkel δ in zwei gleiche Hälften. Die Durchgangsöffnung 4 dient zum Durchbewegen des Objektes 15 durch das Bauelement. Des weiteren befindet sich die Durchgangsöffnung 4 vorzugsweise nur innerhalb der einen Hälfte 61 der Grundfläche 60 des Keils 1, wenn man sich denselben durch die kurze Mittellinie 59 der Grundfläche 60 in zwei gleiche Hälften 61, 61′ geteilt denkt, was aus der Fig. 1 ersichtlich ist.

Den Keilflächen 2, 2′ des Keils 1 stehen auf jeder Seite Spiegelkörper 5, 6 bzw. 7, 8 gegenüber, die wenigstens je eine plane Spiegelfläche 5′, 6′, 7′, 8′ aufweisen, wobei die Spieglflächen 5′, 6′ bzw. 7′, 8′ bezüglich der Keilfläche 2′ bzw. 2 und untereinander schräg zueinander gerichtet sind. Die Spiegelkörper 5, 7 befinden sich im Bereich der vorderen Hälfte 61 des Keils 1, die Spiegelkörper 6, 8 befinden sich im Bereich der hinteren Hälfte 61′ des Keils 1, um dergestalt das Licht von der vorderen Hälfte 61 weg von der Durchgangsöffnung 4 zur hinteren Hälfte 61′ des Keils zu leiten, um aus dem störenden Bereich des Objektweges zu gelangen. Vorzugsweise unterhalb des Keils 1 und neben dem Ringspiegel 9 befindet sich ein Sensor 13, vor dem sich eine Abbildungsoptik 12 zur optischen Abbildung befinden kann. Der Sensor ist mit einer nichtgezeigten Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden.

Die Arbeitsweise des optischen Bauelementes ist folgende:

Das Objekt 15 wird im Bereich des Ringspiegels 9 - entweder von unterhalb oder durch den Ringspiegel 9 hindurch - längs eines Umfangsringes 17 auf dem Objekt 15 beleuchtet, so daß das reflektierte Licht radial auf die Spiegelfläche 11 des Ringspiegels 9 fällt und nach oben in Richtung des Keils 1 reflektiert wird und dort auf die Umgebung der Durchgangsöffnung 4 fällt, wobei für jede der Keilflächen 2, 2′ des Keils 1 der Verlauf zweier Strahlenbündel 16, 16′ gezeigt ist. Die Keilflächen 2, 2′ teilen das ankommende Licht in zwei Hälften auf, wobei das Strahlenbündel 16 auf die Keilfläche 2 und das Strahlenbündel 16′ auf die Keilfläche 2′ fällt. Von dort werden die Strahlenbündel 16, 16′ in der Reihenfolge auf die Spiegelflächen 7′ bzw. 5′ der Spiegelkörper 7 bzw. 5 und von dort auf die Spiegelflächen 8′ bzw. 6′ der gegenüberstehenden Spiegelkörper 8, 6 reflektiert, die die Strahlenbündel 16, 16′ zurück auf die Keilflächen 2, 2′ im Bereich der hinteren Hälfte 61′ des Keils 1 werfen, wonach nach nochmaliger Reflexion an den Keilflächen 2, 2′ die Strahlenbündel 16, 16′ wieder zusammengesetzt werden. Anschließend wird das Licht dem Sensor 13 zugeleitet. Auf diese Weise wird durch die Zerlegung des reflektierten Lichtes in Teilstrahlenbündel und anschließender Zusammensetzung bewirkt, daß die Durchgangsöffnung 4 umgangen wird, in dem das Bild auf die hintere, die Durchgangsöffnung 4 nicht aufweisende Hälfte 61′ des Keils 1 bezüglich beider Keilflächen 2, 2′ transformiert und von dort zusammengesetzt wird.

Es ist technisch auch möglich, die den Keilflächen seitlich gegenüberliegenden optischen Körper zur Umlenkung des Lichtes auf den Keilflächen als Brechungskörper auszubilden, insbesondere bei Verwendung einer monochromatischen Lichtquelle.

In Fig. 2 ist ein optisches Bauelement aus einem einstückigen, durchsichtigen, prismatisch-zylindrischen Gegenstand 18 dargestellt, der beispielsweise Preßglas sein kann. Der optische Gegenstand 18 besteht aus einem prismatischen Teil 19 und einem daran angeformten zylindrischen Teil 20, wobei zentrisch durch beide Teile 19, 20 sich eine Durchgangsöffnung 21 erstreckt.

Der prismatische Teil 19 besitzt ein längliche, von seiner Deckfläche 62 ausgehende Einkerbung, die zwei optisch wirksame, plane Keilflächen 23, 23′ ausbildet, die zueinander unter einem Winkel δ geneigt und die als Spiegelflächen verspiegelt sind. Innerhalb des prismatischen Teils 19 stehen den Keilflächen 23, 23′ optisch wirksame, plane Spiegelflächen 24, 24′ bzw. 25, 25′ gegenüber; die geometrische Gestaltung, Anordnung und Funktion des Teils 19 entspricht völlig dem Keil 1 und den zugeordneten Spiegelkörpern 5, 6, 7, 8 der Fig. 1. Unterhalb des prismatischen Teils 19 und neben dem zylindrischen Teil 20 befindet sich ein Sensor 27 und davor gegebenenfalls eine Abbildungsoptik 26.

Das untere Ende des zylindrischen Teils 20 besitzt eine kegel- oder schalenförmige, innenliegende, rationssymmetrische Spiegelfläche 31, die eine ähnliche Gestaltung und die gleiche Funktion besitzt, wie die Spiegelfläche 11 des Ringspiegels 9. Die Hauptachse 22 der Spiegelfläche 31 fällt gleichzeitig wiederum mit der Mittelachse der Durchgangsöffnung 21 zusammen. Eine nicht gezeigte Lichtquelle beleuchtet ein Objekt 28, welches sich in der Durchgangsöffnung 21 des Gegenstandes 18 befindet, im Bereich der Spiegelfläche 31 dergestalt, daß dadurch ein Umfangsring 30 auf dem Objekt 28 ausgeleuchtet wird. Das vom Objekt 28 reflektierte Licht fällt radial auf die Spiegelfläche 31 und wird von dort innerhalb des zylindrischen Teils 20 nach oben auf die Keilflächen 23, 23′ geworfen. Von den Lichtstrahlen sind wiederum zwei Strahlenbündel 29, 29′ je für eine der Keilflächen 23, 23′ in der Fig. 2 gezeichnet.

Die Teilstrahlenbündel 29, 29′ fallen je auf die der jeweiligen Hälfte der Spiegelfläche 31 zugeordneten Keilfläche 23, 23′ und werden von dort zu den Spiegelflächen 24 bzw. 25, danach zu den Spiegelflächen 24′ bzw. 25′ und wiederum zurück auf die Keilflächen 23, 23′ außerhalb des Weges des abzutastenden Objektes 28 geleitet, wobei die Keilflächen 23, 23′ die Teilstrahlenbündel 29, 29′ dergestalt umlenken, daß diese wieder zu einem Strahlenbündel zusammengesetzt werden, das, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Abbildungsoptik 26, auf den Sensor 27 geleitet wird.

Fig. 3 zeigt ein weiteres optisches Bauelement, bestehend aus einem Spiegelkörper 32 in Form eines Keils 32, der aus zwei horizontal zueinander angeordneten Hälften 33, 33′ bestehen kann, die geeignet beweglich gehaltert sind, so daß die Hälften 33, 33′ voneinander weg und aufeinander zu bewegt werden können. Jede Hälfte 33, 33′ des Keils 32 besitzt eine optisch wirksame Keilfläche 34, 34′ in Form einer Spiegelfläche und eine Aussparung 35, 35′ die sich zusammen zu einer senkrechten und innerhalb des Keils 32 symmetrisch angeordneten Durchgangsöffnung ergänzen, die im angenäherten Zustand der Hälften 33, 33′ einen vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt für die Hindurchbewegung eines Objektes 46 aufweist. Im einander angenäherten Zustand der Hälften 33, 33′, der in Fig. 3 gezeigt ist, verlaufen die Kanten 36, 36′ der Hälften 33, 33′ einander parallel.

Unterhalb des Keils 32 befindet sich ein Ringspiegel 37, der aus zwei Hälften 38, 38′ bestehen kann, wobei der Ringspiegel 37 eine Durchgangsöffnung 39 und eine kegel- oder schalenförmige, innenliegende, rotationssymmetrische Spiegelfläche 40 mit einer Hauptachse 45 aufweist, die mit der Mittelachse der Durchgangsöffnungen sowohl des Keils 32 als auch des Ringspiegels 37 zusammenfällt; die Durchgangsöffnung innerhalb des Keils 32 befindet sich zentrisch oberhalb der Durchgangsöffnung 39 des Ringspiegels 37, der ansonsten gleichermaßen gestaltet ist wie der Ringspiegel 9 des Bauelementes in Fig. 1. Die beiden Hälften 38, 38′ des Ringspiegels 37 können in geeigneter Weise voneinanderweg und aufeinanderzu bewegt werden ähnlich wie die Hälften 33, 33′ des Keils 32, um dergestalt ein beispielsweise feststehendes Objekt 46 zu umgreifen.

Eine Lichtquelle 41 sendet Licht aus, welches durch eine Abbildungsoptik 42 und eine Blende 43 fällt und von dem ein Strahlenbündel 47 in Fig. 3 gezeigt ist. Dieses Strahlenbündel 47 fällt auf die der Lichtquelle 41 zugewandte Keilfläche 34′ der Hälfte 33′ des Keils 32 und wird von da auf die darunter liegende Spiegelfläche 40 der zugeordneten Hälfte 38 des Ringspiegels 37 reflektiert und von dort radial auf das Objekt 46 geworfen, wodurch die der Hälfte 38 des Ringspiegels 37 zugewandte Hälfte des Objektes 46 von außerhalb beleuchtet wird, so daß bei einem zylindrischen Objekt 46 auf demselben außen ein halbkreisförmiger Umfangsring 48 ausgeleuchtet wird.

Da das Objekt 46 durchsichtig ist, durchdringt das Strahlenbündel 47 das Objekt und beleuchtet die gegenüberliegende Hälfte 48′ des Umfangsringes von innerhalb des Objektes 46, und bildet nunmehr gleichsfalls die gegenüberliegende Hälfte 48′ des Umfangsringes ab, indem beide Hälften aufeinander projiziert werden, wonach das vom Objekt 46 abgehende Strahlenbündel 47′ radial auf die gegenüberliegende Hälfte 38′ des Ringspiegels 37 fällt und von der Spiegelfläche 40 nach oben auf die Keilfläche 34 der Hälfte 33 des Keils 32 geworfen und von dort auf einen Sensor 44 geleitet wird, vorzugsweise wiederum unter Vorschalten einer Abbildungsoptik 42′. Hinter der Keilfläche 34 und vor der Abbildungsoptik 42′ ist eine Abdeckscheibe 63 abgeordnet zum Abdecken der Ausschneidung innerhalb der Hälften 33, 33′ des Keils 32 in Richtung der Achse 66. Eine derartige Vorrichtung dient zur Kontrolle von transparenten Materialien, insbesondere Glaszylinder oder Glasröhren.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung eines optischen Bauelementes ebenfalls in Form eines einstückigen, durchsichtigen Gegenstandes 49, bestehend aus einem prismatischen Teil 50 und einem daran angeformten zylindrischen Teil 51, wobei der Gegenstand 49 ähnlich dem in Fig. 2 beschriebenen Bauelement gestaltet ist. Der prismatische Teil 50 sowie der zylindrische Teil 51 werden gemeinsam von einer Durchgangsöffnung 52 durchsetzt, die einen nach außen offenen Längsschlitz 53 aufweist. Durch diesen Längsschlitz 53 kann beispielsweise ein Faden in den Gegenstand eingeführt und durchlaufend abgetastet werden.

Das in Fig. 3 gezeigte optische Bauelement kann ebenfalls geometrisch einstückig gestaltet sein, was in Fig. 5 dargestellt ist. Ein zylindrischer, einstückiger, durchsichtiger Gegenstand 54, der eine zentrale Durchgangsbohrung 55 besitzt, weist an seinem unteren Ende eine kegel- oder schalenförmige, innenliegende Spiegelfläche 57 auf. An seinem oberen Ende besitzt der optische Gegenstand 54 eine keilförmige Aussparung unter Bildung von zwei schräg zueinander geneigten Teilflächen 64, 64′, die nach innen weisend als Spiegelflächen ausgebildet sind. Im Bereich der Teilflächen 64, 64′ ist der optische Gegenstand 54 auf seinem Umfang abgeplattet unter Bildung zweier sich gegenüberliegender, planparalleler Flächen 56, 56′. Die Wirkungsweise dieses optischen Bauelementes ist gleich der Wirkungsweise des unter Fig. 3 beschriebenen Bauelementes. Der in sämtlichen optischen Bauelementen eingesetzte opto-elektronische Sensor ist vorzugsweise ein CCD-Bauelement mit einer geraden oder ringförmigen Linienzeile. Ebenso ist es denkbar, einen CCD-Matrix-Sensor einzusetzen und den Umfangsring in der Bildebene softwaremäßig zu definieren.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die erfindungsgemäßen Bauelemente eignen sich zur Überprüfung der Oberfläche von Objekten nach vorgegebenen Gütekriterien. Die Objekte können dabei stehend oder bewegt abgetastet werden. Beispielsweise können mit den Bauelementen, längliche, transparente und nichttransparente Körper, wie Bleistifte, Lippenstifte, Glasröhren, textile Fäden und vieles mehr auf ihre Oberflächenbeschaffenheit einschließlich der Farbe abgetastet werden.

Liste der Bezugszeichen

 1 keilförmiger Spiegelkörper, Keil
 2, 2′ plane, optisch wirksame Keilflächen
 3 Kante
 4 Durchgangsöffnung
 5, 6, 7, 8 Spiegelkörper
 5′, 6′, 7′, 8′ plane Spiegelflächen
 9 Ringspiegel
10 Durchgangsöffnung
11 kegelförmige, innenliegende Spiegelfläche
12 Abbildungsoptik
13 Sensor
14 Hauptachse
15 Objekt
16, 16′ Teilstrahlenbündel
17 beleuchteter Umfangsring auf dem Objekt
18 einstückiger, durchsichtiger Gegenstand
19 prismatischer Teil
20 zylindrischer Teil
21 Durchgangsöffnung
22 Hauptachse
23, 23′ plane, optisch wirksame Keilflächen
24, 24′, 25, 25′ optisch wirksame, plane Flächen
26 Abbildungsoptik
27 Sensor
28 Objekt
29, 29′ Teilstrahlenbündel
30 beleuchteter Umfangsring auf dem Objekt
31 kegelförmige, innenliegende Spiegelfläche
32 Keil
33, 33′ Hälften des Keils
34, 34′ plane, optisch wirksame Keilflächen
35, 35′ zylindrische Aussparungen
36, 36′ Kanten
37 Ringspiegel
38, 38′ Hälften des Ringspiegels
39 Durchgangsöffnung
40 kegelförmige, innenliegende Spiegelfläche
41 Lichtquelle
42, 42′ Abbildungsoptik
43 Blende
44 Sensor
45 Hauptachse
46 durchsichtiges Objekt
47 ankommendes Strahlenbündel
47′ abgehendes Strahlenbündel
48 von außen beleuchtete Hälfte des Umfangsrings auf dem Objekt
48′ von innen beleuchtete Hälfte des Umfangsrings auf dem Objekt
49 durchsichtiger, einstückiger Gegenstand
50 prismatischer Teil
51 zylindrischer Teil
52 Durchgangsöffnung
53 Längsschlitz
54 durchsichtiger, einstückig-zylindrischer Gegenstand
55 Durchgangsöffnung
56, 56′ parallele Planflächen auf dem Körper
57 kegelförmige, innenliegende Brechungs- oder Spiegelfläche
58 lange Mittellinie der Grundfläche des Keils
59 kurze Mittellinie der Grundfläche des Keils
60 Grundfläche des Keils
61, 61′ gleichgroße Hälften der Grundfläche des Keils
62 Spiegel- oder Brechungsfläche
63 Abdeckscheibe
64, 64′ Keilflächen
65 gemeinsame Kante der Keilflächen 64, 64′
66 Achse
δ Winkel

Claims (10)

1. Optisches Bauelelement zum optischen Abtasten der Oberfläche eines Objektes (15, 28) insbesondere bewegbares Objekt, dessen Oberfläche Licht zu reflektieren, zu streuen oder zu brechen imstande ist, mit einem ersten Spiegelkörper (9, 20, 51), der eine zentrisch angeordnete Durchgangsöffnung (10, 21, 52) zum Durchbewegen des Objektes (15, 28) unter Beleuchtung mittels einer Lichtquelle durch den Spiegelkörper aufweist, der eine rotationssymmetrische, kegel- oder schalenförmige, innenreflektierte Spiegelfläche (11, 31) besitzt, die den Strahlengang der Lichtstrahlen (16, 16′, 29, 29′) im wesentlichen radial zur Hauptachse (14, 22) des Spiegelkörpers auf das Objekt rings dessen Umfang und umgekehrt umzulenken imstande ist, wobei in Richtung der Hauptachse des ersten Spiegelkörpers innerhalb dessen Öffnungswinkels und über dessen Durchgangsöffnung sich ein zweiter optischer Körper (1, 19, 50) mit planen Spiegelflächen (2, 2′, 5′, 6′, 7′, 8′, 23, 23′, 24, 24′, 25, 25′) befindet, der senkrecht oberhalb der Durchgangsöffnung des ersten Spiegelkörpers ebenfalls eine Durchgangsöffnung (4, 21, 52) für das Objekt besitzt, mit einem nachgeschalteten opto-elektronischen Sensor (13, 27) und einer elektrischen Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Spiegelflächen des zweiten Körpers (1, 19, 50, 54) als Keilflächen (2, 2′, 23, 23′) unter einem Winkel (δ) zueinander geneigt länglich gestaltet und optisch zur Spiegelfläche (11, 31, 57) des ersten Körpers (9, 20, 51) symmetrisch gerichtet sind und die gemeinsame Kante (3, 58) dieser Keilflächen zentrisch oberhalb der Durchgangsöffnung (10, 21, 52, 55) des ersten Körpers (9, 20, 51, 54) verläuft und die Durchgangsöffnung (4, 21, 52, 55) durch den zweiten Körper beide Keilflächen symmetrisch in einer der Hälften (61, 61′) des zweiten Körpers durchsetzt, so daß das Strahlenbündel in zwei Teilstrahlenbündel (16, 16′, 29, 29′) zerlegt auf je eine der Keilflächen fällt, denen weitere plane Spiegel- oder Brechungsflächen (5′, 6′, 7′, 8′, 24, 24′, 25, 25′) gegenüberstehen dergestalt, daß die Teilstrahlenbündel umgelenkt und auf dieselbe Keilfläche im Bereich der der Durchgangsöffnung entgegengesetzt liegenden Hälfte (61′) des zweiten Körpers zurückgeworfen und danach die Keilflächen die Teilstrahlenbündel wieder zu einem gemeinsamen Strahlenbündel zusammensetzen und das Licht auf den Sensor (13, 27) fällt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Körper ein keilförmiger Spiegelkörper (1) mit dreieckigem Querschnitt ist, dessen Keilflächen (2, 2′) als Spiegelflächen ausgebildet sind, wobei den Keilflächen je zwei zueinander schräg gerichtete Spiegelflächen (5′, 6′, 7′, 8′) von Spiegelkörpern (5, 6, 7, 8) gegenüberstehen und daß der erste Spiegelkörper ein Ringspiegel in Form eines Toroids (9) ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Körper einstückig aus einem durchsichtigen, prismatisch-zylindrischen, optischen Gegenstand (18, 49) mit einer durchgehenden Längsbohrung (21, 52) bestehen, dessen unterer Teil (20, 51) zylindrisch gestaltet ist und am Ende eine innenliegende, kegelstumpfförmige Spiegelfläche (31, 62) aufweist und dessen oberer Teil (19, 50) prismatisch mit einer Mehrzahl von optisch wirksamen Spiegelflächen (23, 23′, 24, 24′, 25, 25′, 56, 56′) ausgebildet ist, von denen zwei die Keilflächen (23, 23′) bilden.

4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangs- oder Längsbohrung (52) innerhalb des oberen optischen Körpers oder des einstückigen, optischen Gegenstandes (49) seitlich einen über die gesamte Länge des Körpers oder Gegenstandes (49) verlaufenden Längsschlitz (53) aufweist.

5. Optisches Bauelement zum optischen Abtasten der Oberfläche eines durchsichtigen Objektes (46), insbesondere bewegbares Objekt, dessen Oberfläche Licht zu reflektieren, zu streuen oder zu brechen imstande ist, mit einem ersten Spiegelkörper (37, 54), der eine zentrisch angeordnete Durchgangsöffnung (39, 55) zum Durchbewegen des Objektes (46) unter Beleuchtung mittels einer Lichtquelle (41) durch den Spiegelkörper aufweist, der eine rotationssymmetrische, kegel- oder schalenförmige, innenreflektierte Spiegelfläche (40, 57) besitzt, die den Strahlengang der Lichtstrahlen (47, 47′) im wesentlichen radial zur Hauptachse (45) des Spiegelkörpers auf das Objekt rings dessen Umfang und umgekehrt umzulenken imstande ist, wobei in Richtung der Hauptachse des ersten Spiegelkörpers innerhalb dessen Öffnungswinkel und über dessen Durchgangsöffnung sich ein zweiter optischer Körper (32, 54) mit planen Spiegelflächen (34, 34′, 56, 56′, 64, 64′) befindet, der senkrecht oberhalb der Durchgangsöffnung des ersten Spiegel- oder Brechungskörpers ebenfalls eine Durchgangsöffnung (35, 35′, 55) für das Objekt besitzt, mit einem nachgeschalteten opto-elektronischen Sensor (44) und einer elektrischen Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Körper ein keilförmiger Spiegelkörper (32, 54) mit dreieckigem Querschnitt ist und die unter einem Winkel (δ) zueinander geneigten Keilflächen (34, 34′, 64, 64′) als Spiegelflächen ausgestaltet und symmetrisch zur Spiegelfläche (40, 57) des ersten Körpers (37, 54) gerichtet sind und die gemeinsame Kante (36, 36′, 65) der Keilflächen zentrisch oberhalb der Durchgangsöffnung (39, 55) des ersten Körpers verläuft und die Durchgangsöffnung (35, 35′, 55) durch den zweiten Körper beide Keilflächen symmetrisch durchsetzt, wobei das Lichtstrahlenbündel (47) auf die erste Keilfläche (34′, 64) gerichtet ist, von dort auf die unter dieser Keilfläche liegende Hälfte (38) der Spiegelfläche (40, 57) des ersten Körpers (37, 54) fällt, auf das Objekt (46) geleitet, dieses durchdringt und auf die gegenüberliegende Hälfte (38′) der Spiegelfläche (40, 57) des ersten Körpers (37, 54) trifft, von wo es auf die zweite Keilfläche (34, 64′) reflektiert und von dieser umgelenkt wird und danach auf den Sensor fällt.

6. Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite optische Körper (32, 37) aus zwei voneinander trennbaren Teilkörpern (33, 33′, 38, 38′) bestehen und der erste Körper (37) ein ringförmiges Toroid ist.

7. Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Körper einstückig aus einem durchsichtigen, prismatisch-zylindrischen, optischen Gegenstand (54) mit einer durchgehenden Längsbohrung (55) bestehen, der endseitig eine innenliegende, rotationssymmetrische, kegelstumpf- oder schalenförmige Spiegelfläche (57) aufweist und der im oberen Bereich mit zwei Keilflächen (64, 64′) als Spiegelflächen ausgebildet ist, denen je eine Planfläche (56, 56′) auf dem Umfang des Gegenstandes gegenübersteht.

8. Bauelement nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, unter dem die Keilflächen (2, 2′, 23, 23′, 34, 34′, 64, 64′) des keilfömigen Körpers (1, 32) oder des prismatischen Teils (19, 54) zueinander geneigt sind, ein spitzer oder ein überstumpfer Winkel (δ) ist.

9. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein CCD-Bauelement (13, 27, 44) in Form einer Linien- oder Ringzeile oder einer Matrix ist.

10. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Keilflächen je zwei schräg gerichtete Brechungsflächen von Brechungskörpern gegenüberstehen.