DE2532602A1

DE2532602A1 - Optische vorrichtung zur verbreiterung eines lichtvorhanges

Info

Publication number: DE2532602A1
Application number: DE19752532602
Authority: DE
Inventors: Erwin Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1975-07-21
Filing date: 1975-07-21
Publication date: 1977-01-27
Also published as: SE7606737L; US4127771A; DE2532602B2; DE2532602C3; IT1063440B; SE412954B; FR2319116A1; FR2319116B1; GB1546246A

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

21.

München,

S/Sv-S 3110

Erwin Sick
Optik-Elektronik

7808 Waldkirch, An der Allee 7-9

Optische Vorrichtung zur Verbreiterung eines

Lichtvorhanges

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Verbreiterung eines LichtVorhanges mit einer einen Lichtstrahl aussendenden Lichtquelle und einer den Lichtstrahl periodisch parallel zu sich selbst verschiebenden Ablenkvorrichtung.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtvorhanges (US-PS 3 360 65^) wird ein von einer Lichtquelle erzeugtes Lichtbündel durch ein im Brennpunkt eines Hohlspiegels angeordnetes Spiegelrad periodisch über den abzutastenden Vorhangbereich parallel zu s:.ch selbst hin- und herverschoben. Am Ende des Vorhangbereiches befindet sich ein vorzugsweise aus retroreflektierendem Material bestehender Reflektor, der den Lichtstrahl in sich selbst zurückwirft und über den Hohlspiegel und das Spiegelrad sowie einen halbdurchlässigen Spiegel auf einen Photoempfänger lenkt. Es handelt sich also um eine Autokollima-

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Di:. C. ΛΑΝΙΤΖ ■ DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL. -ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

κ 'UXCHEN 25. ROBERT-KOCH-STBASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT' MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

I'LL. <O89> 22 42 11. TELEX 5-29672 PATMF SEtLBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 OI POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

tionsanordnung, wobei im Falle der Anordnung eines Hindernisses im Lichtvorgang das am Ausgang des Photoempfängers erscheinende Signal verändert wird. Diese Veränderung kann zur Feststellung eines Hindernisses im Lichtvorhang ausgenutzt werden.

Es ist auch schon bekannt, durch mehrere nebeneinander angeordnete Lichtquellen z.B. GaAs-Dioden und dahinter vorgesehene Linsen einen Lichtvorhang zu bilden, wobei die Lichtquellen nacheinander zyklisch eingeschaltet werden, um einen in unstetigen Schritten vorrückenden IPahrstrahl zu erzeugen. Auf der den Lichtquellen gegenüberliegenden Seite kann ebenfalls ein Retroreflektor oder aber ein Lichtleitstab angeordnet werden, an dessen Stirnseiten Photoempfänger befestigt sind. Auch bei diesen Lichtvorgängen kann durch eine geeignete Auswerteelektronik der Ort eines in den Lichtvorhang eingebrachten Hindernisses festgestellt werden.

Lichtvorhänge dieser Art lassen sich sowohl für den Unfallschutz z.B. bei Pressen verwenden, wobei die Anforderungen an die verwendeten optischen Elemente nicht allzu hoch sind, als auch zur exakten Messung des Ortes bzw. der Ausdehnung eines in den Lichtvorhang eingebrachten Gegenstandes benutzen , wobei die Anforderungen an die verwendeten optischen Elemente wesentlich höher sind.

Sowohl die Anordnung eines sich über die gesamte Abtastbreite erstreckenden Hohlspiegels als auch die Verwendung sehr vieler verschiedener Lichtquellen stellen aufwendige Maßnahmen dar, die auch dann noch von beträchtlichem Einfluß auf die Kosten derartiger Geräte sind, wenn bei Verwendung für den Unfallschutz die Güte der verwendeten optischen Elemente begrenzt sein kann.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß insbesondere mittels einer Laserlichtquelle die Erzeugung eines nur eine begrenzte Breite aufweisenden Lichtvorhangs kein Problem ist, indem beispielsweise ein Schwingspiegel oder ein Spiegelrad

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im Brennpunkt einer Linse oder eines Objektivs angeordnet und Λ/οη dem Laserlichtstrahl "beaufschlagt wird. Der reflektierte Strahl wird dann durch die Abtastanordnung periodisch über die Linsenoberfläche geführt, so daß aus der Linse ein parallel zu sich selbst Aa?schobener Abtastlichtstrahl austritt. Die Breite eines derartigen Lichtvorhanges ist jedoch aufgrund der relativ geringen Linsen- bzw. Objektivdurchmesser begrenzt.

Die Erfindung setzt sich eine optische Vorrichtung zur Verbreiterung eines derartigen, mit geringem Aufwand herstellbaren Lichtvorhanges zum Ziel, welcher jedoch je nach Bedarf als nur grobmessender Unfallschutz-Lichtvorhang oder aber auch als exakt messender Lichtvorhang ausgeführt sein kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der parallel zu sich selbst verschobene Lichtstrahl auf eine relativ zu ihm unter einem Winkel angeordnete Planspiegelanordnung gerichtet ist, deren Ausdehnung senkrecht zur Ausfallsstrahlrichtung größer als senkrecht zur Einfallsstrahlrichtung ist. Der Grundgedanke der Erfindung ist also darin zu erblicken, daß durch eine geeignet ausgebildete Planspiegelanordnung der zunächst schmale Lichtvorgang hinter der Linse in Abtastrichtung auseinandergezogen wird, so daß er die bei den bekannten, relativ aufwendigen Geräten üblichen Dimensionen erhält, wobei jedoch nur eine einzige Lichtquelle erforderlich ist und keine übermäßig groß dimensionierten abbildenden optischen Elemente wie Linsen oder Hohlspiegel benötigt werden.

Sweckmäßigerweise besteht die Planspiegelanordnung aus gestaffelten, unter gleichem Winkel zur Einfallsstrahlrichtung angeordneten Planspiegeln. Durch die Staffelung, welche sowohl in Einfallsstrahlals auch in Seitenrichtung erfolgen kann, wird die gewünschte Auseinanderziehung des Lichtvorhanges in Abtastrichtung erzielt.

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Die Planspiegel sind dabei zweckmäßig unter einem Winkel von 45° zur Einfallsstrahlrichtung angeordnet, so daß die auf die Planspiegel anordnung unter 4-5 auftreffenden Lichtstrahlen des schmalen LichtVorhanges um 90° reflektiert werden.

Nach einer ersten vorteilhaften praktischen Ausführungsform sind die Planspiegel in Form eines Streifens mit Abstand hintereinander angeordnet, wobei die Abstände der Planspiegel zweckmäßig konstant sind. Das Zwischenstück zwischen den Planspiegeln liegt dabei vorteilhafterweise im wesentlichen parallel zur Einfallsstrahlrichtung. Es entsteht also eine stufenartige Anordnung, wobei die stufenartigen Zwischenstücke zwischen den unter 4-5° angeordneten Planspiegeln die AuseinanderZiehung der Planspiegelanordnung und damit der Breite des Lichtvorhanges bewirken. Durch die Ausrichtung der Zwischenstücke im wesentlichen parallel zur EinfallsStrahlrichtung erfolgt eine volle Ausnutzung der Spiegelflächen bei minimlen Totzonen. Die Breite der Zwischenstücke entspricht den zwischen den Spiegeln befindlichen Totzonen, innerhalb deren eine Abtastung nicht stattfindet. Je nach Anwendungsfall muß äso durch geeignete Dimensionierung der Totzonen zwischen den Planspiegeln dafür gesorgt werden, daß der Lichtvorhang die erforderliche Auflösung hat und auch die kleinsten noch zu ermittelnden Gegenstände mit Sicherheit feststellt. Der mit einem Stufenspiegel arbeitende Lichtvorhang eignet sich also insbesondere für Anwendungen wie dem Unfallschutz.

Eine besonders einfache Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß nur ein einziger, mit Abstand hintereinander angeordnete Planspiegel tragender Streifen vorgesehen ist, welcher zweckmäßig unter einem Winkel von kleiner als 45° zur Einfallsstrahlrichtung liegt. Der Tangens des Winkels des Streifens zur Einfallsstrahlrichtung beträgt dabei zweckmäßig zwischen 1/3 und 1/8 und liegt vorzugsweise bei 1/5· In diesem Fall ist einerseits eine erhebliche Verbreiterung des Lichtvorhanges um einen Faktor von 3 bis 8 gewährleistet, während die Breiten der Tot-

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zonen zwischen den Abtastfeidern noch in einem vertretbaren Rahmen bleiben.

Eine Begrenzung der Breite der Totzonen ohne gleichzeitige Verkleinerung des Lichtvorhang-Verbreiterungsfaktors kann dadurch erzielt werden, daß mehrere Streifen seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander anschließend oder geringfügig überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung den Strahl periodisch nicht nur in der Reflexionsebene, sondern auch senkrecht zu dieser versetzt, derart, daß der Strahl nacheinander auf die verschiedenen, seitlich versetzten Streifen auftrifft. Die einzelnen Streifen können also unter den optimalen, unterhalb von 45° liegenden Winkeln angeordnet werden (Tangens des Winkels beispielsweise 1/5) ₅ wobei durch Anbringung einer genügend großen Anzahl derartiger seitlich versetzter Streifen hintereinander die gewünschte Auseinanderziehung des Lichtvorhanges erzielt wird. Im allgemeinen wird es allerdings ausreichen, wenn zwei seitlich versetzte Streifen vorgesehen sind, welche jeweils unter einem Winkel mit dem Tangens von etwa 1/5 zur Einfallsstrahlrichtung liegen.

Die seitliche Versetzung des Abtastlichtstrahls kann dabei z.B. einfach dadurch verwirklicht werden, daß die aufeinanderfolgenden Flächen eines Spiegelrades relativ zur Spiegelradachse unterschiedlich stark gekippt sind, so daß die an den einzelnen Flächen des Spiegelrades reflektierten Lichtstrahlen gleichzeitig eine mehr oder weniger große Seitenablenkung erfahren. Jedem mit Planspiegeln bedeckten Streifen sind also ein oder mehrere ßeflexionsflachen des Spiegelrades zugeordnet. Die seitliche Versetzung kann aber auch mittels eines Schwingspiegels dadurch herbeigeführt werden, daß dieser nicht nur um seine Schwingachse, sondern auch um den auf ihn auftreffenden Lichtstrahl herum verschwenkbar ist.

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Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform, die sich insbesondere für messende Lichtvorhänge eignet, sind die Planspiegel als kontinuierliche Ebene auf der Oberfläche eines Streifens ausgebildet, wobei zweckmäßig mindestens zwei Streifen seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander anschließend oder geringfügig überlappend angeordnet sind und wobei die Ablenkvorrichtung den Strahl periodisch nicht nur in der Re flad, ons ebene, sondern auch senkrecht zu dieser versetzt, derart, daß der Strahl nacheinander auf die verschiedenen seitlich versetzten Streifen auftrifft. Die Seitenversetzung kann wieder in der oben erwähnten Form mittels unterschiedlich gekippter Spiegelflächen eines Spiegelrades oder mittels eines um eine weitere Achse verschwenkbaren Schwingspiegels erzielt werden.

Die Ausführungsform mit seitlich versetzten, jedoch in sich kontinuierlichen Planspiegeln ergibt einen in Abtastrichtung vollständig ununterbrochenen Lichtvorhang. Die beiden Stufenspiegeln vorhandenen Totzonen liegen demnach hier nicht vor. Dies ist der Grund, warum sich ein derartig ausgebildeter Lichtvorhang besonders zur Messung der Orte und Ausdehnung von Gegenständen eignet.

Während am der Planspiegelanordnung gegenüberliegenden Ende des Lichtvorhanges eine beliebige Empfangsanordnung, z.B. ein mit Photoempfängern an den Stirnseiten ausgestatteter Lichtleitstab, vorgesehen sein kann, ist es bevorzugt, wenn am anderen Ende des Lichtvorhanges ein Retroreflektor vorliegt, der die auftreffenden Abtastlichtstrahlen in sich selbst zurückwirft. Bei einer derartigen Anordnung sieht die Erfindung vor, daß parallel zu der Sende-Planspiegelanordnung eine Empfangs-Planspiegelanordnung vorgesehen ist, deren Ausgangsstrahl einem Photoempfänger zugeführt ist. Die Empfangs-Banspiegelanordnung ist dabei zweckmäßig optisch gleich wie die Sende-Planspiegelanordnung ausgebildet. Allerdings ist die Empfangs-Planspiegel anordnung vorteilhafterweise breiter als und vorzugsweise doppelt so breit wie die Sende-Planspiegelanordnung ausgeführt; hierdurch wird

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dem Lichtverlust beim Durchgang durch den Lichtvorhang und insbesondere die Reflexion am Retroreflektor Rechnung getragen.

Eine besonders einfache Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß Empfangs-Planspiegelanordnung und Sende-Planspiegelanordnung auf ein und demselben Strafen befindlich sind. Dabei soll allerdings zwischen Empfangs-Planspiegelanordming und Sende-Planspiegelanordnung eine parallel zur Reflexionsebene verlaufende optische Trennwand angeordnet sein, welche direkte Kopplungen zwischen Sende- und Empfangsstrahlengang wirksam vermeiden soll.

Der Ausgangsstrahl der Empfangs-Planspiegelanordnung ist bevorzugt durch optische Ablenkmittel zum Photoempfänger hingelenkt.

Die Ablenkvorrichtung besteht zweckmäßig aus einem oder mehreren oszillierenden bzw. umlaufenden Spiegeln, welche in ihrer den Lichtstrahl reflektierenden Position im Brennpunkt einer Linse angeordnet sind. Im Ausgangsstrahl der Empfangs-Planspiegelanordnung ist dabei vorzugsweise ein optisches Ablenkmittel angeordnet, welches den Ausgangsstrahl zum Photoempfänger lenkt. Das optische Ablenkmittel kann z.B. ein vor oder hinter der Linse angeordneter Keil sein. Es können jedoch auch geteilte Linsen mit gegeneinander versetzten optischen Achsen, speziell geschliffene Linsen od.dgl. verwendet werden.

Mit anderen Worten erfolgt der Empfang des am Retroreflektor und der erfindungsgemäßen Planspiegelanordnung reflektierten Lichtstrahls durch die gleiche Optik, durch die der 'Sendelichtstrahl auf die Sende-Planspiegelanordnung geworfen wird. Es handelt sich also um einen Autokollimationsstrahlengang mit Pupillenteilung. Damit der Ausgangslichtstrahl jedoch nicht wieder auf den Ausgangspunkt auf dem oszillierenden oder umlaufenden Spiegel erscheint, was die Anordnung eines Strahlen-

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teilerspiegels erforderlich machen würde, wird der Ausgangslichtstrahl· durch das in der einen Pupillenhälfte angeorndet^e optische Ablenkmittel auf den zweckmäßigerweise neben dem Spiegel angeordneteiPhotoempfänger gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 die schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines LichtVorhanges,

S¹Xg. 2 eine schematische Draufsicht der wesentlichen Elemente der Vorrichtung nach Fig. 1

Fig. 3 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines breiteren Lichtvorhanges,

Fig. 4 eine scheraatische Draufsicht der wesentlichen Elemente der Vorrichtung nach Fig. 3

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Vorrichtung zur Erzeugung eines insbesondere für Meßzwecke geeigneten Lichtvorhanges und

Fig. 6 eine Draufsicht auf die wesentlichen Elemente der Vorrichtung nach Fig. 5·

/der
Nach Fig. 1 gelangt von einem Laser 12 ausgehende Lichtstrahl über eine Linse 28 unter einem Winkel von im wesentlichen 4-5° auf einen um eine senkrecht auf der Zeichenebene stehende Achse hin- und herschwingenden Schwingspiegel 18. Der Schwingspiegel ist im Brennpun_kt einer Linse 13 angeordst, welche zusammen mit der Linse 28 ein umgekehrte» Fernrohrsystem bilLet, das eine Verbreiterung und damit eine entsprechende Verkleinerung des Bildwinkels des Laserstrahls bewirkt. So wird hinter der Linse 13 ein sehr schmaler und weitgehend paralleler Lichtstrahl gebildet.

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Der Schwenkbereich des Schwingspiegels ist so groß, daß der Lichtstrahl nach Reflexion im wesentlichen über die gesamte Fläche de Linse 13 hin- und herführbar ist; dieser Bereich ist in Fig. 1 durch gestrichelte Begrenzungslinien veranschaulicht.

Aufgrund der Anordnung des Schwingspiegels 18 im Brennpunkt der Linse 13 treten die vom Schwingspiegel 18 reflektierten Lichtstrahlen parallel zur optischen Achse aus der Linse 13 aus. Bei hin- und her schwingendem Schwingspiegel 13 eitsteht somit hinter der Linse 13 ein in Richtung des Pfeiles f periodisch parallel zu sich selbst verschobener Fahrstrahl 30.

Erfindungsgemäß ist in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise hinter der Linse 13 ein Streifen 16 unter einem Winkel OC geg^iüber der optischen Achse angeordnet. Der Streifen 16 bildet eine Planspiegelanordnung 14, die aus unter 45° zur optischen Achse angeordneten Planspiegeln 15 und dazwischen befindlichen Zwischenstücken 17 besteht. Obwohl die Zwischenstücke 17 nichtreflektierend sein müssen, können sie genauso wie die Planspiegel 15 reflektia?end sein, wenn sich dies aus Herstellungsgründen als zweckmäßig erweisen sollte. Während die Planspiegel 15 unter 45° zur optischen Achse angeordnet sind, verlaufen die Zwischenstücke 17 im wesentlichen parallel zur optischen Achse, sO daß die Fahrstrahlen oder Einfallslichtstrahlen 30 streifend auf sie auffallen. Sollte ein derartiger streifender Auffall nicht gewünscht sein, könnten die Zwischenstücke in Einfallsstrahlrichtung auch etwas abfallend ausgebildet sein, so daß der Einfallslichtstrahl die Zwischenstücke nicht erreichen kann. Die Längen der Planspiegel 15 ein_ereits und der Zwischenstücke 17 andererseits sind gleich.

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Gegenüber der Pl anspi egel anordnung 14 ist parallel zur optischen Achse ein Retroreflektor 21 angeordnet, zwischen dem und der Planspiegelanordnung 14 sich der Lichtvorhang 27 erstreckt.

Beim Bewegen des Schwingspiegels 18 durchläuft der Fahrstrahl 30 die gesamte Höhener st reckung der Linse 13. Dabei trifft der Fahrstrahl 30 stufenweise nacheinander auf die verschiedenen hintereinander angeordneten Planspiegel 15, von denen er um 90° zum Retroreflektor 21 hin umgelenkt wird. Auf diese Weise entsteht ein den Lichtvorhang 27 in Sprüngen durchquerender Fahrstrahl30*. Innerhalb des Bereiches der Planspiegel 15 ist die Abtastbewegung stetig. Nach Erreichen des Endes eines Planspiegels 15 springt der Fahrstrahl über das Zwischenstück 17 zum darauffolgenden Planspiegel 15. Der Lichtvorhang weist also entlang der Zwischenstücke 17 Unterbrechungen oder ÜDotzonen auf, die jedoch je nach den Anforderungen an die Dichtheit des Lichtvorhanges ausreichend schmal bemessen sein können. Je mehr sich der Winkel 06 45° nähert, umso schmaler werden die Totzonen und umso geringer wird allerdings auch die Auseinanderziehung des am Ausgang der Linse 13 vorhandenen schmalen Lichtvorhanges.

Insbesondere aus Fig. 2 ist eine auf dem gleichen Prinzip beruhende Empfangs anordnung für die vom Retroreflektor 21 reflektierten Strahlen ersichtlich. Neben dem Streifen 16 befindet sich eine völlig identische, jedoch doppelt so breite Empfangs-Planspiegelanordnung 22, welche sogar mit der Sende-Pl anspi egel anordnung 14 aus einem Stück bestehen kann. Zwischen Sende- und Empfangs-Planspiegel anordnung 14 bzw. 22 befindet sich eine in der Refle^xionsebene liegende Trennwand 25» welche dafür sorgt, daß nicht Licht vom Sendeteil unter Ifittgehung des LichtVorhanges 27 direkt in den Empfangsteil gelangt und dort zu Störungen führt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugt die Empfangs-Planspiegel anordnung 22 einen Ausganglichtstrahl 23, der die Linse 13 in der Ansicht nach Fig. 1 genau wie der Fahrstrahl 30

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in Höhenrichtung abtastet. Da auch der Ausgangslichtstrahl 23 parallel zur optischen Achse ist, würde er somit ohne "besondere Maßnahmen zum Brennpunkt der Linse 13, d.h. zum Schwingspiegel 18 hingelenkt werden, was in Fig. 2 durch eine teilweise gestrichelte Linie angedeutet ist. Um die in diesem Fall erforderliche Trennung durch einen Teilerspiegel zu vermeiden, ist erfindungsgemäß unmittelbar hinter der Linse ein optischer Keil 26 angeordnet, welcher den Ausgangslichtstrahl 23 zu einem neben dem Schwingspiegel 18 angeordneten Photoempfänger 24 lenkt. Es handelt sich also um einen Autokollimatxonsstrahlengang mit Pupillenteilung.

Am Ausgang des Photoempfängers 24 entsteht somit ein periodisches elektrisches Signal, welches beim Eindringen von Hindernissen in den Lichtvorhang 27 an den betreffenden Stellen unterbrochen ist. Durch eine an den Photoempfänger 24 angeschlossene Auswerteelektronik kann so der Ort, an dem das Hindernis sich im Lichtvorhang befindet, bestimmt werden. In einfacheren Fällen, z.B. beim Unfallschutz an Pressen genügt es auch, überhaupt das Eindringen eines Hindernisses in den Lichtvorhang 27 festzustellen und dadurch beispielsweise eine Abschaltung der Presse zu veranlassen.

Sofern die den Zwischenstücken 17 entsprechenden Totzonen nicht zu groß werden dürfen, muß die Planspiegel anordnung 14 nach Fig.1 unter einem näher bei 45 liegenden steileren Winkel angeordnet werden. Die hierdurch bedingte Verringerung der AuseinanderZiehung des Lichtvorhanges kann gemäß den Fig. 3 und 4 dadurch verhindert werden, daß vorzugsweise zwei oder aber auch mehrere Streifen 16 seitenversetzt in deyuargestellten Weise hintereinander bzw. geringfügig einander überlappend angeordnet werden. Damit nun jeder der beiden Streifen 16 einen Abtastlichtstrahl erhält, muß der Fahrstrahl 30 nicht nur gemäß Fig. 3 in Höhenrichtung, sondern auch gemäß dem Pfeil f' in Fig. 4 in Seitenrichtung versetzt werden, und zwar stets dann, wenn einer der Streifen 16 von Anfang bis Ende abgetastet worden ist.

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Dies kann nach den Fig. 3 und 4 z.B. durch Anordnung der reflektierenden Mäche eines Spiegelrades 19 im Brennpunkt der Linse 13 geschehen, wobei die einzelnen Spiegelebenen des Spiegelrades 19 relativ zu dessen Drehachse 29 mehr oder weniger gekippt sind. Auf diese Weise reflektiert beispielsweise die in Fig. 4 gezeigte Spiegelradfläche den Fahrstrahl 30 zum ersten Streifen 16, während die anschließende Spiegelfläche den Fahrstrahl 30 zum zweiten Streifen 16 reflektiert, was in Fig. 4 durch den gestrichelten Strahlengang angedeutet ist. Die nächste Spiegelfläche lenkt den Fahrstrahl 30 dann wieder auf den ersten Streifen 16, und so fort.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 läßt sich auch die Empfangsvorrichtung nach Fig. 2 anwenden, wobei jedoch die seitliche Versetzung der Streifen 16 so groß sein muß, daß der zweite Streifen 16 auch noch seitlich neben der ersten Empfangs-Planspiegelanordnung 22 liegt. Es ist «jedoch trotz der größeren Breite ohne weiteres möglich, zwei Sende-Empfangs-Spiegelanordnungen hintereinander seitenversetzt vorzusehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 mit Empfangs anordnung sind dann allerdings zwei optit^he Ablenkmittel, insbesondere Keile 26 vorzusehen, welche jeweils an den Stellen anzuordnen sind, wo das von der betreffenden Empfangs-Planspiegelanordnung 22 zurückreflektierte Licht in die Linse 13 ein- bzw. aus ihr austritt.

Durch die Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 können die Totzonen im Lichtvorhang 27 vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Die Planspiegel 15 Bind hier als kontinuierliche Planspiegelstreifen 20 ausgebildet, die unter einem Winkel von 45 zur optischen Achse angeordnet sind, so daß die Fahrstrahlen nicht nur unter einem Winkel von 90° zum Eetroreflektor 21 hin reflektiert werden, sondern auch eine Unterbrechung der Abtast-

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strahlen 3O¹ im Lichtvorhang 27 während des Abtastvorganges nicht vorliegt, da die bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen vorhandenen Stufen bzw. Zwischenstücke 17 entfallen. Um bei dieser Ausführungsform eine Verbreiterung des Lichtvorhanges hinter der Linse 13 zu erzielen, müssen zwei oder mehrere Planspiegelstreifen 20 seitenversetzt und hintereinander angeordnet werden, wie das in den E¹Ig. 5 und 6 anhand eines Beispieles mit drei Planspiegelstreifen 20 veranschaulicht ist. Die aus der Linse 13 austretenden Fahrstrahlen 30 müssen beispielsweise wieder durch mehr oder weniger gekippte Spiegelradflächen einmal zum ersten, dann zum zweiten und schließlich zum dritten Planspiegelstreifen gelenkt werden. Dies ist in Fig. 6 durch gestrichelte Strahlengänge angedeutet.

Beim Drehen des Spiegelrades 19 werden demnach nacheinander die einzelnen Planspiegelstreifen 20 abgetastet, wobei sich ein den Lichtvorhang 27 von einem zum anderen Ende abtastender Fahrstrahl 30' ergibt.

Auch bei der Ausführungsform nach den E¹Xg. 5 und 6 kann eine Empfangsanordnung analog Fig. 2 vorgesehen werden, wobei die Empfangs-Planspiegelanordnung ebenfalls aus Planspiegelstreifen besteht, die mit den Planspiegelstreifen 20 der Sende-Planspiegelanordnung 14 bis auf die Breite, die vorzugsweise doppelt so groß ist, identisch sind.Außerdem ist vorzugsweise ein Taktmaßstab 31 aus retroreflektierendem Material hinter der Linse angeordnet.

Die Erfindung schafft somit eine Möglichkeit, einen mit wenig aufwendigen Mitteln herzustellenden, relativ schmalen optischen Lichtvorhang ohne weiteres um das Ί0- bis 20-fache oder sogar noch mehr auseinanderzuziehen, wobei mit nur einer einzigen Planspiegel anordnung, jedoch relativ breiten Totzonen arbeitende einfache oder auch mit mehreren Planspiegelanordnungen, jedoch geringen oder gar keinen Totzonen arbeitende, ebenfalls nicht übermäßig aufwendige Ausführungen möglich sind.

- Patentansprüche 609884/0632

Claims

- 14 Patentansprüche

Optische Vorrichtung zur Verbreiterung eines Lichtvorhanges mit einer einen Lichtstrahl aussendenden Lichtquelle und einer den Lichtstrahl periodisch parallel zu sich selbst verschiebenden Ablenkvorrichtung, dadurch gekennzeich net, daß der parallel zu sich selbst verschobene Lichtstrahl (11) auf eine relativ zu ihm unter einem Winkel (oo) angeordnete Planspiegelanordnung (14) gerichtet ist, deren Ausdehnung senkrecht zur Ausfallsstrahlrichtung größer als senkrecht zur Einfallsstrahlrichtung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die Planspiegelanordnung (14) aus gestaffelten, unter gleichem Winkel zur Einfallsstrahlrichtung angeordneten Planspiegeln (15) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Planspiegel (15) unter einem Winkel von zur Einfallsstrahlrichtung angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Planspiegel (15) in Form eines Streifens (16) mit Abstand hintereinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Planspiegel (15) konstant sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Zwischenstück (17) zwischen den Planspiegeln im wesentlichen parallel zur Einfallsstrahlrichtung liegt.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein einziger Streifen (16) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 7? dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (16) unter einem Winkel (Ot-) von kleiner als 45° zur Einfallsstrahlrichtung angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tangens des Winkels (oc) zwischen 1/3 und 1/8 und vorzugsweise bei 1/5 liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Streifen (16) seitenversetzt und in Einfaltetrahlrichtung aneinander anschließend oder geringfügig überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung (13»18i19) den Strahl periodisch nicht nur in der Reflexionsebene, sondern auch senkrecht zu dieser versetzt, derart, daß der Strahl nacheinander auf die verschiedenen seitlich versetzten Streifen (16) auftrifft.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennz eichn e t , daß zwei seitlich versetzte Streifen vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Planspiegel (15) als kontinuierliche Ebene auf der Oberfläche eines Streifens (20) ausgebildet sind.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Streifen (20) seitenversetzt und in Einfallsstrahlrichtung aneinander anschließend oder geringfügig überlappend angeordnet sind und daß die Ablenkvorrichtung (13»18,19) den Strahl periodisch nicht nur in der Refleacions-

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ebene, sondern auch senkrecht zu dieser versetzt, derart, daß der Strahl nacheinander auf die verschiedenen seitlich versetzten Streifen (16) auftrifft.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Eetroreflektor am anderen Ende des Lichtvorhanges, dadurch gekennzeichnet , daß parallel zu der Sende-Planspiegelanordnung (14) eine Empfangs-Planspiegel anordnung (22) vorgesehen ist, deren Ausgangsstrahl (13) einem Photoempfänger (24) zugeführt ist.
15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangs-Planspiegelanordnung (22) optisch gleich wie die Sende-Planspiegelanordnung (14) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangs-Planspiegelanordnung

(22) breiter als und vorzugsweise doppelt so breit wie die Sende-Planspiegelanordnung (14) ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangs-Planspiegelanordnung (22) und Sende-Planspiegelanordnung (14) auf ein und demselben Streifen (16) angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-17» dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Empfangs-Planspiegelanordnung (22) und Sende-Planspiegelanordnung (14) eine parallel zur Reflexionsebene verlaufende optische Trennwand (25) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-18, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgangsstrahl

(23) der Empfangs-Planspiegelanordnung (22) durch optische Ablenkmittel (26) zum Photoempfänger (24) hingelenkt ist.

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20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Ablenkvorrichtung aus einem oder mehreren oszillierenden bzw. umlaufenden Spiegeln (18,19) besteht, welche in ihrer den Lichtstrahl (11) reflektierenden Position im Brennpunkt einer Linse (13) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-19 und 20, dadurch gekennzeichnet , daß im Ausgangsstrahl (23) der Empfangs-Planspiegelanordnung (22) ein optisches Ablenkmittel (26) angeordnet ist, welches den Ausgangsstrahl (23) zum Photoempfänger (24) lenkt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das optische Ablenkmittel (26) ein vor oder hinter der Linse (13) angeordneter Keil (26) ist.
23- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß zur Schaffung eines messenden LichtVorhanges hinter der Linse (13) ein einen Teil des Strahlenganges einnehmender Taktmaßstab (31) vorzugsweise aus re_troreflektierenden Material angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennz eichnet, daß der Taktmaßstab (31) aus einzelnen Teilen besteht, von denen jeder einem Streifen (20) zugeordnet ist und einen geringen Teil des im wesentlichen zum Streifen (20) gelangenden Sendelichtes empfängt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 und 24, dadurch g e k e η η zeichnet , daß dem Taktmaßstab (31) eine eigene Empfangsphotozelle zugeordnet ist.

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