DE2832880A1

DE2832880A1 - Lichtleiter

Info

Publication number: DE2832880A1
Application number: DE19782832880
Authority: DE
Inventors: Friedbert Dr Hannebauer; Dietrich Werner Prof Luebbers
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1980-02-14
Also published as: US4332439A; JPS5557806A; GB2027928A

Description

DR. HANS W. HOFMANN § 3 2 8 8 Q

Patentanwalt Hauberisserstraße Postfach 33 26 6200 Wiesbaden Telefon (0 6121) 7614

Datum: 25. JUL. 1978 Ihr Zeichen:

Mein Zeichen: 8011 MPG Betreff: f

"Lichtleiter"

Er f. HANNEBAUER, LÜBBERS AT.

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. BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter mit In mehrere Tellstränge aufgeteilten Lichtleitei enden.

Es Ist bekannt, Lichtleiter dazu zu verwenden, Lichtquellen bestimmter geometrischer Ausbildung auf Lichtempfänger anderer geometrischer Ausbildung dadurch anzupassen, dass die äussere Begrenzung der beiden

TOEnden des Lichtleiters so ausgebildet ist, dass sie den geometrischen Formen jeweils der Lichtquelle und des Empfängers entsprechen. Das ist dadurch möglich, dass die Einzelfasern In nahezu bei iebiger Weise nebeneinandergelegt und sodann derart verbunden werden können, sodass

15eine we I testgehende Anpassung der geometrischen Formen von Lichtquelle und Empfänger erreichbar ist.

Diese Art von Lichtleiter ist jedoch nicht geeignet, das Problem zu lösen, dass dann entsteht, wenn bestimmte 20Bereiche eines Objektes durch diskrete Lichtquellen beleuchtet oder wenn bestimmte Bereiche durch eine Lichtquelle beleuchtet und das reflektierte Licht zu einem Empfänger zurückgeleitet werden seil.

25Dazu ist es nach der Erfindung erforderi ich, dass jeder Teilstrang des ersten LIcht1eiterendes einem bestimmten aber beliebigen Gebiet der Endflächen der Teilstränge des zweiten LIcht1eiterendes zugeordnet ist.

30Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass nunmehr jede der Flächen des zweiten Licht1eiterendes eine von den anderen unabhängige Funktion erfüllen kann.

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. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn die Endflächen der Teilstränge des zweiten Licht-, leiterendes In mehrere Arten von elementaren Flächen aufgeteilt sind und jeder Teilstrang des ersten LIcht1eiterendes einer bestimmten Art von Flächenelementen des zweiten Licht1eiterendes zugeordnet ist.

Dadurch können nämlich beispielsweise fein verteilte Lichtmuster auf einem Objekt erzeugt und die daraus reflektierte Strahlung durch andere, benachbarte "lOFasern einem Empfänger zugeleitet werden. Hierdurch ist eine optimale Ausnutzung von Empfänger, Lichtquelle und Reflexionselgenschaft des Objektes ermöglicht.

Insbesondere sind vorteilhaft elementare Flächen zu 15geschlossenen Bereichen zusammengefasst, wenn ein bestimmtes Muster auf der Oberfläche des Objektes beleuchtet und die Reflexion daraus gemessen werden soll. Das gesamte Licht der Quel1e 'beieuchtet dann näml ich nur das vorgegebene Muster und das gesamte 20Licht der reflektierten Strahlung kann durch die anderen verbliebenen Fasern zurückgeleitet werden.

In Weiterentwicklung dieser Ausbildung der Erfindung bilden die elementaren Flächen Linien. Auf diese 25Weise können Figuren gebildet we-den, deren Feinheit bis zum Auflösungsvermögen des Lichtleiters, also etwa bis zum Faserdurchmesser reichen kann.

.Auch hiermit können Lichtmessungen vorgenommen werden, 30vor allem, wenn die Fläche des zweiten Licht1eiterendes in zwei Arten von Flächeneiementen aufgeteilt ist, weil dies die einfachste Anordnung Ist, mit der

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• bestimmte geometrische Figuren des Objektes beleutet und die Reflexion aus diesen Figuren gemessen werden kann.

In Weiterentwicklung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die zwei Arten der Flächenelemente eine Zufallsverteilung aufweisen, weil dadurch eine gleichmassige Ausmittelung über grössere Flächen erreichbar ist.

TOAuch kann eine Art von Flächenelementen eine Verteilung nach einer bestimmten Verteilungsfunktion aufweisen. Dadurch kann beispielsweise eine bestimmte Helligkeitsverteilung der Lichquelle ausgeglichen werden.

Es können die zwei Arten von Flächenelementen auch aus Lichtfasern unterschiedlichen Materials bestehen. Wenn nämlich Glas-und Quarzfasern durchmischt sind, können die Glasfasern zur Hinleitung, die Quarzfasern

20zur Rückleitung von Licht verwendet und dabei die Filterwirkung der jeweiligen Materialart ausgenutzt werden.

Schi lessl ich können die zwei Arten von Fl ächene 1 enrent en 25auch aus Leiterfasern unterschiedlichen Durchmessers bestehen, sodass eine Filterung von räumlichen Strukturen ermögl icht i st.

Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die zwei 30Arten der Flächenelemente räumlich periodisch angeordnet sind, well dadurch ein optimales Verhältnis zwischen Lichthinleitung und Lichtrückleitung bei gegebenem Objekt erzielbar Ist. Die Periodizität lässt sich je nach Objekt frei wählen. 35

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Durch die leichte Anpassbarkeit der erfindungsgemässen Lichtleiter auf das jeweilige Messproblem ist es vorteilhaft, ein Verfahren zur Herstellung solcher Lichtleiter zu haben. Erfindungsgemäss werden deshalb Masken auf die Endflächen des zweiten Licht1eiterendes aufgebracht, in denen ein erstes bestimmtes, aber sonst beliebiges Gebiet durchscheinend, der restliche Teil der Fläche nichtdurchscheinend abgedeckt ist, dass die zweiten Lichtleiterenden durch eine Beleuchtungseinrichtung beleuchtet werden, dass die unverbundenen

lO^asern der ersten Lichtleiterenden in lichttragende und ηicht1ichttragende Fasern geordnet und die Fasern sodann jeweils fest verbunden werden.

Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass, bei-15spie1sweI se durch Herstellung von Fotomasken, sehr feine Bereiche, Konturen und Periodiζitäten herstellbar sind, die als Masken auf das zweite Ende des Lichtleiters aufbringbar sind und die die AussontIerung der jeweils lichttragenden Fasern von Hand oder mittels 20einer durch einen Fotoempfänger gesteuerten Vorrichtung gestatten.

In Weiterentwicklung des Verfahrens sind die Masken auf den zweiten Lichtleiterenden optisch abgebildet. 25Üas hat der Vorteil, dass nicht jedesmal neue Masken hergestellt werden müssen und grössere Flexlbiltät in der Ausbildung der Masken besteht.

Für den Fall besonders genau auszubildender Masken 30können diese als fest mit den zweiten Lichtleiterenden verbundene Masken ausgebildet sein.

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Besonders in diesem Falle Ist es günstig, die Masken durch Fotoätzung herzustellen, weil dies ein besonders genaues und preiswertes Verfahren darstellt.

Sollen gleichzeitig verschiedene Arten von Lichtleiterfasern des zweiten Lichtleiterendes aussortiert werden, ist es von Vorteil, wenn weitere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind, insbesondere dann, wenn diese verschiedenfarbiges Licht aussenden. Dadurch ist es nämlich ermögl icht, verschieden farbempfindl iche 1oFotoempfanger zu verwenden und damit die Sortierung zu automatisieren.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind,

Ijdle einen Lichtstrahl von punktförmigern Querschnitt aufweisen, mit dem die Endflächen des zweiten Lichtleiterendes programmiert abtastbar sind. Mit diesem Verfahren lassen sich leicht auch Srehr komplizierte Bereiche aussortieren. Auch ist es von Vorteil, wenn da-

2obel der Querschnitt des Lichtstrahels veränderbar ist.

Für Anordnungen mit grosser Endfläche düs Lichtleiters, lässt sich als Beleuchtungseinrichtung auch der Sichtschirm einer Brownschen Röhre verwenden, deren 25Lichtpunkte ja bekannterweise leicht elektronisch steuerba r sInd.

Für feste räuml iche Anordnungen oder räuml ich periodische Strukturen ist als Beleuchtungseinrichtung 3Qein Array von Einzel 1 ichtque11 en von besondere Einfachheit.

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• Da die Lichtleiter meist aus sehr vielen Einzelfasern bestehen, ist es von Bedeutung, dass das Ordnen vermittels einer Vorrichtung selbsttätig erfolgt.

Dabei kann der eigentliche Sortiervorgang durch einen fotoelektronisch gesteuerten .Stempel oder durch Gasimpulse erfolgen, die die Einzelfasern in ein festgelegtes Kompartiment -verbringen, je nachdem, ob sie lichttragend oder ηicht1ichttragend sind. Der Gasimpuls kann ein Saug~oder Druckimpuls sein.' 10

Ein weiteres Verfahren zur Sortierung der Lichtleiter— fasern besteht darin, dass die unverbundenen Fasern vermittels Fotolack festgelegt sind, dass die lichttragenden Fasern den Fotolack bei ichten und dass T5die bei Ichteten Fasern durch Ätzen freigelegt werden. Durch dieses Verfahren wird die Handsortierung wesentlich er 1e1chtert.

In der Zeichnung, anhand derer die Erfindung erläutert 20_wird, sind weitere Einzelheiten der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

FIg. 1 : Die Aufspaltung eines Lichtleiters nach Flächene1ementen.

Fig. 2 : Die Zuordnung periodischer Strukturen zu den Teilsträngen des ersten Lichtleiterendes

Fig. 3 '· Eine Anordnung zur Ausübung des Verfahrens zur Herstellung von Lichtleitern.

In Fig. 1 ist 10, die Fläche des zweiten Lichtleiterendes, in verschiedene,bestimmte aber sonst beliebige 30Tei1f1ächen 1,2,3,4 und 5 unterteilt, wobei die E i nzel f 1 ächen zur besseren Unte-rsche idung mit verschiedenen Schraffuren versehen sind. Der Lichtleiter

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11 teilt sich In Teilstränge 1 a, 2a, 3a, kn und 5a auf. Das Ende dieser Teilstränge bilden Einze1f1ächen, die zusammengenommen die gedachte Fläche des ersten Licht1eiterendes darstellen wurden. Die Zuordnung zu den Teilflächen ist durch die diesen entsprechende Schraffur dargestellt. Das Flächenelement 3~5 ist in zwei Teilstränge 3a und 5a aufgeteilt, wobei die Punktinnenfläche in 3a, die Fläche ausserhalb dieser Punkte in der Fläche 5b zusammengefasst ist. Durch diese Anordnung können demnach die Teilflächen 1 bis 5 mit οverschiedenenen optischen Elementen, wie etwa Empfängern oder Strahlern, verbunden werden,. Dabei ist die geometrische Form der Flächen 1 bis 5 auf die geometrische Form der optischen Elemente dadurch anpassbar, dass die Flächenform der Endflächen la bis 5b durch entsprechende Formung und anschl iessende Fixierung, etwa eine Verklebung,festgelegt wird.

In Fig.2 ist die Fläche des zweiten Licht1eiterendes 10 mit zwei Arten von Flächenelementen versehen, die

20i"äumllch periodisch verteilt sind. Die Flächenelemente 100, 101, 102... sind zusammengefasst in zwei Teilstränge a und b. die anderen Fasern, also diejenigen, die um die E1ementf1ächen 100, 101, 102... herumliegen, sind in dem Tei Istrange zusan mengef asst.

25Die Anordnuna stellt also für die Flächenelemente 100, 101, 102 einen Strahlenteiler dar , wobei das Teilerverhältnis zwischen den Teilsträngen a und b durch die Anzahl der jeweils zusammengefassten Fasern best ii *nt ist und kann beispielsweise verwendet werden,

30um über die Teilstränge a und b jeweils einem Empfänger Licht zuzuleiten, das über den Te Istrang c einem reflektierenden Objekt zugeleitet war. Objekt, Empfänger und Lichtquelle sind nicht e i ngez j i chnci. .

in Fig.3 ist die Herstellung eines Lichtleiters nach Fig 2 dargestellt. Auf dem Lichtleiterende 10 des Lichtleiters 11 ist eine Maske 10)0 angeordnet, die 030007/0081

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im Fotoverfahren hergestellt werden kann und an den Stellen, an denen die mit der Lichtquelle verbundenen Fasern 100, 101,102 .. enden, durchscheinend ist. Das erste LIcht1eIterende besteht noch nicht, vielmehr sind die Fasern 1110 ... noch offen und liegen auf einem Rahmen 300. Ein mit einer Fotozelle 40 versehener Wagen 400, der einen schmalen mechanischen Stempel 401 aufweist, der mit einem Hubmagneten 402 betätigt werden kann, Ist vorden auf dem Rahmen 300 abgelegten Fasern verschleblIch. Wird nun die Maske 1000 durch eine Llcht-

IQquelle 200 beleuchtet, dann tragen nur diejenigen Fasern Licht, die hinter den durchscheinenden Flächen der Maske 1000 liegen. Der Stempel 401, der durch die Fotozelle 40 gesteuert wird, schiägt die Faser, die Licht leitet,nach unten, sodass auf diese Weise eine Trennung

Ijder Fasern erfolgt, die hinter den durchscheinenden Flächenelementen liegen.

Anstelle des mechanischen Stempels können auch Saugoder Druckimpulse einer feinen Düse zur Trennung der Fasern verwendet werden. Als Lichquelle 200 kommen

2omonochromatI sehe, polychromatische, abtastende Lichtquellen oder der Sichtschirm einer Brownschen Röhre, sowie Arrays von EInzel1 ichtquel1 en In Betracht.

Nach der Trennung der Fasern können diese in der 25den jeweils verwendeten optischen Elementen, wie Empfänger oder Strahler, angepassten Form fixiert, also etwa verklebt werden. Bei einfachen und groben Flächenelementen kann die Ordnung der Fasern auch von Hand erföl gen.
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Claims

.LICHTLEITER.

PATENTANSPRÜCHE

Lichtleiter mit in mehrere TeM-

stränge aufgeteilten Lichtleiterenden, d a d u r c gekennze Ichnet, "dass jeder Te M strang* des ersten LIchtieLterendes einem bestimmten aber beiiebigen GebI et der Endflächen der Te I1 stränge lOdes zweiten Licht 1eIterendes zugeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Endflächen der Tel Istränge des zweiten LfchtIeIterendes In mehrere Arten von 15el ementaten Flächen aufgeteilt sind und jeder TeM-strancpaes ersten Licht Le Lterendes einer bestimmten Art von Fl ächenel ementeri des zweiten Licht 1 e iterendes zugeordnet Ist.

203. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die elementaren Flächen zu geschlossenene Bereichen zusammengefasst sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch iSgekennzeichnet, dass die elementaren Flächen Linien bilden.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen des ersten Licht-

301eIterendes in zwei Arten von Flächenelementen aufgetei11 s ind.

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6. Anordnung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Arten von Fl ächenei ementen eine Zufal lsvertellung aufweisen.

7. Anordnung nach Anspruch 2 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass dj e zwei Arten der Flächenelemente räumlich periodisch angeordnet sind.

8. Verfahren zur"Herste)1ung von Lichtleitern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da-

•jQdurch gekennzeichnet, dass Masken auf die Endflächen des zweiten Lichtleiterendes aufgebracht sind, in denen ein erstes bestimmtes, aber sonst beliebiges Gebiet durchscheinend, der restliche Teil der Fläche nichtdurchscheinend abgedeckt ist,

15dass die zweiten Lichtleiterenden durch eine Beleuchtungseinrichtung beleuchtet werdep.,dass die unverbundenen Fasern der ersten Lichtleiterenden in lichttragende und ηicht1ichttragende Fasern geordnet und die Fasern sodann jeweils fest verbunden

2Qwerden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masken auf den zweiten Lichtleiterenden optisch abgebildet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die Masken mit den zweiten Lichleiterenden als fest mit den Flächen verbundene Filme ausgebildet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch

gekennzeichnet, dass die Masken durch Fotoätzung herstellbar sind.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch

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. gekennzeichnet, dass weitere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind»

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch

gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtungen verschiedenfarbiges Licht aussenden, ,

1-4. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind, die einen Lichtstrahl lOvon punktförmlgem Querschnitt aufweisen, mit dem die Endflächen des zweiten Licht 1eiteeendes programmiert abtastbar sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ^gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Lichtstrahles veränderbar Ist.

16. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung der

20sIchtschIrm einer Brownschen Röhre Ist.

17. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung ein Array von EInzel1ichtquei1 en Ist.

18. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ordnen vermittels einer Vorrichtung selbsttätig erfolgt.

3019. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als mechanischer, fotoelektronisch gesteuerter Stempe r^ausgebildet ist,

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. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Ordnung mit Gasimpulsen vornimmt.

21. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch

5gekennzeIchnet, dass die unverbundenen Fasern vermittels Fotolack festgelegt sind, dass die lichttragenden Fasern den Fotolack belichten und dass die belichteten Fasern durch Ätzen freigelegt werden.

10 22. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die eine Art von Flächenelementen eine Verteilung nach einer bestimmten Verteilungsfunktion aufweist.

15 23. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die zwei Arten von Flächenelementen aus Leiterfasern untersch i ed 1 ixhen Materials bestehen.

2k. - Anordnung nach Anspruch 2, dadurch

20 gekennzeichnet, dass die zwei Arten von Flächenelementen aus Leiterfasern unterschiedlichen Durchmessers bestehen.

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