DE3885499T2

DE3885499T2 - Optische Sensoranordnung.

Info

Publication number: DE3885499T2
Application number: DE88303459T
Authority: DE
Inventors: Ray Brown; Philip J Dambach
Original assignee: Molex LLC
Current assignee: Molex LLC
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1988-04-18
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2008-04-19
Also published as: EP0289185B1; EP0289185A3; JPS63275980A; DE3885499D1; EP0289185A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Sensorsysteme und insbesondere optische Sensoranordnungen zum Abstützen der Enden eines Paares faseroptischer Kabel in der Nähe eines Zielgebietes, im dem eine Lichtreflexion festzustellen ist.
Die Technik der Faseroptik wird zunehmehend anstelle herkömmlicher elektrischer Schaltungen und Bauteile für eine Vielfalt verschiedener Funktionen verwendet. Vorteile können Einfachheit, Verläßligkeit und, bei abnehmenden Kosten faseroptischer Bauteile, einen verringerten Kostenaufwand umfassen.
Es gibt viele Fälle, in denen es notwendig oder erwünscht ist, das Vorhandensein oder Fehlen oder die Position eines Gegenstands an einer gegebenen Stelle festzustellen. Ein Beispiel ist ein Drucker, der zum Reproduzieren von Material wie Text bzw. einer graphischen Ausgabe von einem Computer oder einer anderen Quelle verwendet wird. Typischerweise umfaßt ein Drucker einen Mechanismus zum Fördern von Papier in Bogen oder ununterbrochener Form an eine Stelle, an der Buchstaben oder Anderes auf das Papier gedruckt wird. Im Zusammenhang mit der Steuerung des Druckers oder Computers oder dgl. wird festzustellen gewünscht, ob oder nicht Papier an einer Stelle im Drucker oder dem zugehörigen Papierfördermechanismus vorhanden ist. Zu diesem Zweck wird ein Sensor im Papierförderweg verwendet, um festzustellen, ob Papier vorhanden ist oder nicht.
In der Vergangenheit war es üblich, einen elektrischen Schalter nahe dem Papierförderweg anzubringen. Der für diesen Zweck verwendete übliche Schalter umfaßt einen Hebel bzw. Arm im Papierweg, der vom Papier im Weg zur Betätigung des Schalters bewegt wird. Elektrische Leiter erstrecken sich vom Schalter zu einer entfernten Schaltungsanordnung, und der Schalter umfaßt sich bewegende mechanische Teile, die einen Kostenaufwand, Komplexität und die eventuelle Notwendigkeit einer Auswechselung verursachen. Selbstverständlich gibt es viele weitere Fälle, in denen elektrische Schalter und ähnliche elektrische Schaltungsteile verwendet werden, um das Vorhandensein oder die Position eines Gegenstands an einer gegebenen Stelle festzustellen, und derartige Fälle unterliegen sämtlich potentiell den gleichen Problemen und Nachteilen.
Um die mit der Verwendung elektrischer Sensoreinrichtungen verbundenen Nachteile zu überwinden, wäre es wünschenswert, Techniken der Faseroptik anstelle von elektrischen Bauteilen zu verwenden. Es entstehen jedoch andere Probleme bei der Anpassung der Technik der Faseroptik an optische Sensorsysteme. Diese Schwierigkeiten umfassen das Verbinden der Enden faseroptischer Kabel mit einer einfachen und kostenunaufwendigen Anordnung unter gleichzeitigem Erreichen einer optimalen Ausnutzung des übertragenen Lichtes. Da es das Ziel ist, eine verläßliche Anzeige des Vorhandenseins eines Gegenstands wie Papier in einem Papierförderweg eines Druckers, zu liefern, muß ein genaues optisches System vorgesehen sein, um zu gewährleisten, daß die maximale Lichtmenge ordnungsgemäß zu und von einem Zielgebiet übertragen wird. Dieses sollte ohne komplexe und kostenaufwendige optische Bauteile, ohne die Notwendigkeit kritischer Herstellungstoleranzen und ohne mühsame Montage- oder Herstellungsverfahren erreicht werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte optische Sensoranordnungen zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer Lichtreflexion in einem Zielgebiet zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung sieht eine verbesserte optische Sensoranordnung, wie im Anspruch 1 definiert, zur Verwendung in einem optischen Sensorsystem zum Feststellen einer Lichtreflexion aus einem Zielgebiet vor. Ein derartiges System umfaßt ein faseroptisches Lichtzufuhrkabel und ein faseroptisches Lichtaufnahmekabel, wobei die Enden der Kabel in der Nähe des Zielgebietes angeordnet sind. Die optische Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt dabei ein Gehäuse mit einer Befestigungseinrichtung zum Abstützen des Gehäuses in einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf das Zielgebiet und ein Kabelhalteteil zum Halten der faseroptischen Kabelenden. Das Gehäuse und das Kabelhalteteil weisen eine zusammenwirkende Verriegelungseinrichtung zum Festlegen des Kabelhalteteils am Gehäuse auf, und das Kabelhalteteil weist eine Fassung zur Aufnahme der Kabelenden auf. Eine Linseneinrichtung, die am Kabelhalteteil örtlich festgelegt ist, ist in einem Lichtübertragungsverhältnis mit der Fassung angeordnet, um Licht vom Lichtzufuhrkabelende auf das Zielgebiet zu richten bzw. zu fokussieren und um Licht vom Zielgebiet auf das Lichtaufnahmekabelende zu richten bzw. zu fokussieren.
Einige Wege der Ausführung der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die zwei spezielle Ausführungsformen zeigen.
Die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der obigen und anderen Aufgaben und Vorteilen mag am deutlichsten aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsform der Erfindung hervorgehen; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer optischen Sensoranordnung in einer erfindungsgemäßen Konstruktion,
Fig. 2 in Explosivdarstellung eine perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß Fig. 1, wobei die Bauteile vor dem Zusammenbau dargestellt sind und eine alternative Montagekonstruktion in strichpunktierten Linien veranschaulicht ist,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Kabelhalteteils der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 4 eine vordere Teilansicht der Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 unter Veranschaulichung des Kabelhalteteils in strichpunktierten Linien vor dem Zusammenbau,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 4,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 4,
Fig. 8 einen Teilschnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7 unter Veranschaulichung der zum Erfassen der Reflexion in einem Zielgebiet verwendeten Lichtwege,
Fig. 9 eine Vorderansicht einer optischen Sensoranordnung zu einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des Kabelhalteteils der optischen Sensoranordnung nach Fig. 9,
Fig. 11 einen Querschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 9,
Fig. 12 einen Querschnitt nach der Linie 12-12 der Fig. 9 und
Fig. 13 einen Querschnitt nach der Linie 13-13 der Fig. 12.
Mit Blick auf die Fig. 1 bis 8 der beigefügten Zeichnungen ist eine optische Sensoranordnung dargestellt, die als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Anordnung 10 ist an den Enden eines faseroptischen Lichtzufuhrkabels 12 und eines faseroptischen Lichtaufnahmekabels 14 befestigt und in ein optisches Sensorsystems einbezogen, das zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer Lichtreflexion in einem Zielgebiet 16 (Fig. 8) verwendet wird.
Im allgemeinen weist die optische Sensoranordnung 10 nach der vorliegenden Erfindung ein allgemein mit 18 bezeichnetes Gehäuse auf, in dem ein Kabelhalteteil 20 lösbar angebracht ist. Das Kabelhalteteil 20 weist Kabelschuhe 22 und 24 für die Enden der Kabel 12 und 14 sowie ein Linsenteil 26 für eine Ubertragung von Licht zwischen den Kabelenden und dem Zielgebiet 16 auf. Ein Verriegelungssystem 28 hält das Kabelhalteteil 20 im Gehäuse 18, übt eine Spannungsentlastungsfunktion für die Kabel 12 und 14 aus und positioniert die Kabel genau in den Schuhen 22 und 24 für eine optimale Lichtausnutzung bei der Ermittlung des Vorhandenseins einer Lichtreflexion im Zielgebiet 16.
Die Anordnung 10 kann in einem optischen Sensorsystem zur Feststellung des Vorhandenseins von Papier im Papierförderweg eines Druckers eingesetzt werden, der bei einem Computer oder einer anderen Quelle von zu druckendem Text oder graphischem Material verwendet wird. In diesem Fall ist das Zielgebiet 16 ein Gebiet im Papierförderweg, wo Papier, wie in Fig. 8 dargestellt, vorhanden sein kann, um das Licht zu reflektieren, oder, anderenfalls, möglicherweise kein Papier vorhanden ist, in welchem Fall das Licht nicht reflektiert wird. Die Grundsätze der vorliegenden Erfindung sind in gleicher Weise bei zahlreichen anderen Systemen anwendbar, bei denen das Vorhandensein, das Fehlen oder die Position eines Gegenstands festgestellt wird, entweder durch Reflexion von dem Gegenstand oder durch Reflexion von einem von dem Gegenstand blockierten Zielgebiet. Bei jedem derartigen System wird das Lichtzufuhrkabel 12 mit Licht von einer beliebigen herkömmlichen Quelle sichtbaren, infraroten oder anderen Lichts versorgt, und das Lichtaufnahmekabel 14 verläuft zu einer beliebigen herkömmlichen auf Licht ansprechenden Einrichtung, die ein Ausgangs- bzw. Kontrollsignal entsprechend dem Vorhandensein oder dem Fehlen von an das Kabel 14 übertragenem reflektiertem Licht liefert. Die Einzelheiten des Sensorsystems, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, sind für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.
Das Kabelhalteteil 20 ist ein einheitlicher, einstückiger Körper aus einem Material, das die für das Linsenteil 26 benötigten optischen Eigenschaften besitzt und die für die Schuhe 22 und 24 und für das Verriegelungssystem 28 benötigte Festigkeit und Flexibilität aufweist. Vorzugsweise ist das Kabelhalteteil 20 ein gleichförmiger, homogener Formkörper aus klarem, transparentem Acrylkunststoff mit optischem Gütegrad oder ähnlichem Material.
Das Kabelhalteteil 20 hat eine rechteckige Grundform und weist ein Bodenwandsegment 32 auf, in dem der Linsenteil 26 gebildet ist. Vom Wandsegment 32 nach oben erstreckt sich ein fester Wandteil 34 mit einer teilkreisbogenförmigen Innenform, die die jeweils auf einer Seite offenen Kabelschuhe 22 und 24 bildet. Ferner erstreckt sich eine flexible und federelastische Verriegelungszunge 36 vom Wandsegment 32 gegenüber dem Wandteil 34 nach oben. Die Zunge 36 übergreift die offenen Seiten der Kabelschuhe 22 und 24. Die Flexibilität der Zunge 36 folgt aus der Art des Materials des Teils 20, den Abmessungen der Zunge und aus Ausnehmungen 38, die ferner dazu dienen, Teile der Form aufzunehmen, die zur Bildung des Teils 20 verwendet wird.
Das Gehäuse 18 hat ebenfalls eine rechteckige Grundform und ist vorzugsweise als Einheit einstückig aus einem geeigneten Kunststoffmaterial geformt, wie etwa einem undurchsichtigen glasfaserverstärkten Polyester oder dgl. Ein Hohlraum bzw. eine Öffnung 40 von rechteckiger Grundform erstreckt sich durch die Länge des Gehäuses 18 und ist so bemessen, daß das Kabelhalteteil 20 gleitbar aufgenommen wird. Eine Ausnehmung bzw. Kerbe 42 ist in der Vorderseite des Gehäuses 18 gebildet, und ein sich von dieser Ausnehmung nach unten erstreckender Wandbereich 44 weist eine Verriegelungsöffnung bzw. einen Verriegelungsschlitz 46 auf, die bzw. der mit der Zunge 36 fluchtet, wenn das Kabelhalteteil 20 in den Hohlraum 40 eingesezt ist. Der Wandbereich 44 ist von Schlitzen 45 flankiert und hat eine verringerte Dicke, so daß er nach außen verbiegbar ist, wenn das Kabelhalteteil 20 in den Hohlraum 40 eingesetzt wird.
Wenn das Kabelhalteteil 20 in den Hohlraum 40 des Gehäuses 18 eingesetzt ist, ist es durch das Verriegelungssystem 28 mit der Zunge 36 und dem Verriegelungsschlitz 46 präzise in Position gehalten. Zwei Anlagefinger 48 erstrecken sich vom Ende der Zunge 36 nach außen, um mit dem Boden der Auskerbung 42 in Eingriff zu kommen, damit das Einsetzen begrenzt und dem Kabelhalteteil 20 die Möglichkeit gegeben wird, bündig im Gehäuse 18 zu sitzen. Ein Verriegelungsansatz 50 erstreckt sich ebenfalls von der Zunge 36 nach außen. Wenn das Teil 20 in den Hohlraum 40 eintritt, wird die Zunge 36 federnd nach innen gebogen, und der Wandbereich 44 biegt sich nach außen, wie strichpunktiert in Fig. 5 gezeigt, bis der Ansatz 50 in einen Verriegelungseingriff mit dem Verriegelungsschlitz 46 einrastet (Fig. 5), um das Teil 20 als Baueinheit mit dem Gehäuse 18 festzulegen. Falls zur Entnahme von Papierpartikeln oder dgl. vom Linsenteil 26 oder aus anderen Gründen gewünscht, kann das Teil 20 dadurch entfernt werden, daß der Wandbereich 44 nach vorn bewegt wird, bis der Ansatz 50 vom Schlitz 46 frei ist, und dann das Teil 20 hochgehoben wird.
Die faseroptischen Kabel 12 und 14 sind untereinander gleich und sind Multimodekabel mit Standardstufenindex, die zum Beispiel Kabelseelen 52 mit Durchmessern von einem Millimeter und Außendurchmessern von 2,2 Millimetern aufweisen, obwohl Kabel anderer Ausführungen und Gestaltungen ggf. verwendet werden können. Die Enden der Kabel 12 und 14 mit einem glatten optischen Finish sind direkt in den Schuhen 22 und 24 in einem nichtabgeschlossenen Zustand aufgenommen, d.h. ohne die Notwendigkeit eines Anbringens von Abschlußelementen oder einer anderweitigen speziellen Vorbereitung der Kabelenden.
Die Kabelschuhe 22 und 24 haben eine Größe und Form, die ein ungehindertes gleitendes Einsetzen der Kabel 12 und 14 in axialer Richtung in das Kabelhalteteil 20 ermöglichen, bevor das Teil 20 mit dem Gehäuse 18 zusammengebaut wird. Die Kabelschuhe liegen Seite an Seite und parallel zueinander und jeder Kabelschuh endet an einer Anschlagfläche 54, die von der Oberseite des Bodenwandsegments 32 gebildet ist, wie es am deutlichsten aus den Fig. 5 und 8 ersichtlich ist. Wenn die Kabel 12 und 14 eingesetzt sind, sind die Enden der Kabelseelen 52 genau über dem Linsenteil 26 durch Eingriff der Kabelenden mit der Anschlagfläche 54 zentriert.
Die Innenseite der Zunge 36 weist zwei voneinander beabstandete Spannungsentlastungsvorsprünge 56 auf, die jeweils mit einem der Schuhe 22, 24 fluchten, wie es in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist. Die Vorsprünge 56 haben zunächst einen leichten Festsitz mit den eingesetzten Kabeln 12 und 14, wie es in strichpunktierten Linien in Fig. 5 ersichtlich ist. Dieser Festsitz ist bestrebt, die Kabel an ihrem Platz in den Schuhen 22 und 24 zu halten, bis das Kabelhalteteil 20 in das Gehäuse 18 eingesetzt ist.
Nach dem Einsetzen der nicht-abgeschlossenen Kabelenden in den Schuhen 22 und 24 wird das Kabelhalteteil 20 in das Gehäuse 18 eingesetzt, und die Zunge 36 wird nach innen gebogen, wie oben beschrieben. Hieraus resultieren automatisch ein fester mechanischer Halt und eine Spannungsentlastung der Kabel 12 und 14. Beim Verbiegen der Zunge 36 kommen die Vorsprünge 56 mit dem Mantel der Kabel 12 und 14 in Eingriff und bringen eine Kraft in Richtung der Pfeils 57 (Fig. 5) auf, um die Kabelenden gegen die Anschlagfläche 54 zu drücken. In der in ausgezogenen Linien in Fig. 5 gezeigten zusammengebauten Position haben die Vorsprünge 56 einen festen Eingriff mit den Kabeln 12 und 14 und zeigen eine Spannungsentlastungsfunktion, die gewährleistet, daß die Kabel nicht aus ihren präzise bestimmten Positionen nach dem Zusammenbau herausbewegt werden. Die Kabelenden sind an einem Vorwärtsbiegen während des Verbiegens der Zunge 36 durch einen Eingriff mit dicken Basisbereichen 58 der Zunge gehindert. Die Bereiche 58 bewirken ferner, daß das Verbiegen der Zunge 36 in der Zone mit Abstand über der Anschlagfläche 54 stattfindet.
Der Linsenteil 26 ist am deutlichsten in den Fig. 7 und 8 ersichtlich und ist von einem einheitlichen Teil des einstückigen Kabelhalteteils 20 gebildet, um zu gewährleiten, daß die optischen Bauteile der Anordnung 10 eine optimale Ausnutzung des vom Lichtzufuhrkabel 12 übertragenen Lichtes erreichen. Der Linsenteil 26 weist zwei Linsensysteme 60 und 62 auf, die jeweils mit den Kabelschuhen 22 und 24 ausgerichtet sind und mit den Kabelenden durch Lichtwegöffnungen 64 und 66 in Verbindung stehen. Ein Lichtweg 68 vom Ende des Kabels 12 zum Zielgebiet 16 und ein Lichtweg 70 vom Zielgebiet 16 zum Ende des Kabels 14 sind in Fig. 8 gezeigt. Diese Darstellungen sind Annäherungen, und die Lichtwege sind in Wirklichkeit nicht so scharf begrenzt. Der Weg 68 verläuft durch die Öffnung 64 und das Linsensystem 60, während der Weg 70 durch das Linsensystem 62 und die Öffnung 66 verläuft. Das untere Ende des Hohlraums 40 im Gehäuse 18 bildet eine Öffnung 72 für den Lauf des Lichtes zwischen dem Zielgebiet 16 und dem Linsenteil 26.
Hinsichtlich der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 8 wird angenommen, daß die Enden der Kabelseelen 52 als Quelle bzw. Empfänger divergierenden bzw. konvergierenden nicht kollimierten Lichtes mit effektiven Lichtöffnungen von etwa 30º funktionieren. Das Linsensystem 60 weist einen Linsenbereich 74 zum Umwandeln des divergierenden Lichtstrahls vom Kabel 12 in einen im allgemeinen kollimierten Lichtstrahl auf. Das Linsen system 62 weist einen Linsenbereich 76 zum Umwandeln eines vom Zielgebiet 16 reflektierten, im allgemeinen kollimierten Lichtstrahls in einen auf die Mitte des Kabels 14 gerichteten konvergierenden Strahl auf. Die Enden der Kabel 12 und 14 sind an der Anschlagfläche 54 gleichebenig, und die Linsenbereiche 74 und 76 sind Kugelsegmente mit im allgemeinen gleichen Krümmungsradien. Der Bereich 74 ist in der Fläche bzw. im Durchmesser kleiner als der Bereich 76, damit nur der intensivere mittlere Teil des vom Kabel 12 projizierten Lichtstrahls übertragen wird. Der Bereich 76 ist größer, um das gesamte vom Zielgebiet 16 reflektierte Licht auf das Ende des Kabels zu richten.
Die Linsensysteme 62 und 64 enthalten Brechnungslinsenbereiche 78 und 80 symmetrisch um die Mittellinien der beiden Linsensysteme. Die Bereiche 78 und 80 umfassen flache ebene Oberflächen, die jeweils in einem Winkel angeordnet sind, der auf den Brechungswinkel der Luft-Acryl-Grenzfläche und den Abstand zum Zielgebiet 16 bezogen ist, damit die Parallelstrahlen der Lichtwege 68 und 70 das Zielgebiet für eine maximale Lichtreflexion voll überdecken. Zum Beispiel ist in der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsform der Abstand vom Boden des Gehäuses 18 zum Zielgebiet 16 etwa 5 mm (0,2") und die Linsenbereiche 78 und 80 befinden sich in einem Winkel von etwa 68º, 15 Bogenminuten zur Horizontalen. Um ein Verkratzen oder eine andere Beschädigung des Linsenteils 26 und die Ansammlung von Fremdteilchen wie etwa Papierpartikeln an den Linsenbereichen 78 und 80 zu vermeiden, ist das Kabelhalteteil 20 über dem Boden des Gehäuses eingesetzt, wie es aus den Fig. 5 und 8 ersichtlich ist. Die Linsenbereiche 72 und 74 besitzen jeweils einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius von etwa 0,66 mm (0,03"), um Licht zu oder von einer angenommenen Punktquelle bzw. Ziel an dem dicht angrenzenden Ende der Seele 52 des Kabels 12 bzw. 14 zu leiten.
Eine Befestigungslasche 82 erstreckt sich vom Gehäuse 18 nach oben, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Ein Befestigungsglied 84 wird verwendet, um die Anordnung 10 in einer ortsfesten Position mit dem gewünschten Abstand vom Zielgebiet 16 zu befestigen. Eine alternative Anordnung fur eine Befestigungslasche ist in strichpunktierten Linien in Fig. 2 gezeigt, und diese Abwandlung kann, wenn das Befestigungsglied 84 beim Einsetzen und Entfernen des Kabelhalteteils 20 stört, bzw. in Abhängigkeit von den Raumerfordernissen, vorzuziehen sein.
Im Gebrauch werden die Enden der Kabel 12 und 14 gegen die Anschlagfläche 54 in den Schuhen 22 und 24 eingesetzt. Sodann wird das Kabelhalteteil 20 in den Hohlraum 40 des Gehäuses 18 eingesetzt, mit der Folge, daß das Verriegelungssystem 28 das Teil 20 an seiner Stelle hält und die Kabel 12 und 14 mit einem Spannungsentlastungseffekt an ihrem Platz gehalten sind. Vom Kabel 12 zugeführtes Licht läuft auf dem Weg 68 durch das Linsensystem 60 auf das Zielgebiet 16. Falls eine Lichtreflexion auftritt, wird das Licht vom Zielgebiet 16 auf dem Weg 70 durch das Linsensystem 62 zum Kabel 14 reflektiert, und das Vorhandensein oder Fehlen reflektierten Lichtes kann zur Herbeiführung einer Kontrollfunktion verwendet werden. Das Zielgebiet 16 kann ein reflektierender Gegenstand, wie etwa Papier, im Förderweg eines Druckers sein. Statt dessen kann das Zielgebiet 16 eine reflektierende Oberfläche sein und ein festzustellender Gegenstand kann sich zwischen dem Zielgebiet 16 und der Anordnung 10 bewegen. Die Anordnung 10 kann auch als Näherungsdetektor dienen, indem das Vorhandensein eines reflektierenden Gegenstands in einem Abstand von der Anordnung 10, wo die Lichtwege 68 und 70 einander überlappen, festgestellt wird.
Es sei nun auf die Fig. 9 bis 13 Bezug genommen, in denen eine optische Sensoranordnung 90 veranschaulicht ist, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. In zahlreichen Punkten entspricht die Anordnung 90 nach den Figuren 9 bis 13 der Anordnung 10, die in den Fig. 1 bis 8 gezeigt und im einzelnen oben beschrieben ist. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszahlen für gleiche Teile der beiden Anordnungen verwendet, und die Beschreibung richtet sich in erster Linie auf die Unterschiede.
Wie bei der Anordnung 10 ist die optische Anordnung 90 an den Enden der faseroptischen Kabel 12 und 14 befestigt und ist Teil eines optischen Sensorsystems, das das Vorhandensein oder Fehlen von Licht im Zielgebiet 16 feststellt. Die Anordnung 90 weist ein Gehäuse 92 ähnlich dem oben beschriebenen Gehäuse 18 auf, das jedoch eine seitlich abstehende Befestigungslasche 94 für eine Befestigung des Gehäuses 92 in einem vorbestimmten Abstand vom Ziel 16 aufweist. Das Kabelhalteteil 96 entspricht in einigen Punkten dem oben beschriebenen Teil 20, es enthält jedoch ein Linsenteil 98, das zusätzliche Vorteile in Ergänzung der Vorteile des oben beschriebenen Linsenteils 26 liefert.
In einigen der Umgebungen, in denen optische Sensoranordnungen verwendet werden, kann Schmutz oder Staub vorhanden sein und den Lichtweg unterbrechen oder beinträchtigen und das Ansprechvermögen des Lichtsensors verringern. Der Linsenteil 98 ist so geformt, daß Ausnehmungen im Lichtweg, wo sich Schmutz oder Staub sammeln und fangen, vermieden sind. Zusätzlich ist der Linsenteil 98 so ausgebildet, daß punktfokussierte Lichtwege statt kollimierter Lichtwege mit verbesserter Lichkopplungsleistung verwendet werden. Ein anderes Ergebnis dieser Konstruktion ist, daß der Linsenteil 98 weniger gegenüber Schwierigkeiten anfällig ist, die durch Herstellungsänderungen verursacht werden, und daher weniger kostenaufwendig herzustellen ist. Der Linsenteil 98 bildet ein symmetrisches optisches System. Die faseroptischen Kabel 12 und 14 können in jeder der beiden möglichen Positionen im Kabelhalteteil 96 montiert werden, und jedes Kabel kann als das Lichtzufuhrkabel dienen. Somit ist der Aufwand des Zusammenbaus und der Installation der optischen Sensoranordnung 90 herabgesetzt.
Der Linsenteil 98 weist eine Fokussierlinse 100 in Form eines Kugelsegmentes auf, das einen verhältnismäßig großen Krümmungsradius hat. Die Linse 100 ist symmetrisch in bezug auf die Seelen 52 der Kabel 12 und 14, weil ihr Krümmungsradius von einem Punkt ausgeht, der mit der Mittellinie zwischen den Kabeln 12 und 14 zusammenfällt. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Krümmungsradius der Linse 100 etwa 2,5 mm (0,10"). Diese große Radius vereinfacht die Herstellung der Anordnung 90, weil kleine Veränderungen in der Form oder Größe der Linse 100 keine große Auswirkung auf die Fähigkeit der Linse haben, das Licht in der gewünschten Weise zu fokussierten bzw. zu richten, im Vergleich mit Linsen wie denen der Anordnung 10 mit einem kleinen Krümmungsradius.
Die Linse 100 ist in zwei gleiche Segmente 102 und 104 durch eine Nut bzw. Ausnehmung 106 unterteilt. Die Segmente 102 und 104 sind jeweils mit den Seelen 52 der faseroptischen Kabel 12 und 14 ausgerichtet, um Licht von bzw. zu den Kabeln aufzunehmen bzw. zu übertragen. Die Nut 106 bildet eine Lichttrennung in jeder Seite der Linse 100 von der anderen Seite. Somit wird eine Querkopplung bzw. Überlagerung übertragenen und empfangenen Lichtes verhindert.
Der Linsenteil 98 weist eine untere Brechungsfläche 100 auf, die von flacher und ebener Gestaltung ist. Da keine Vertiefungen oder Ausnehmungen in dieser exponierten Zone vorhanden sind, ist ein Aufbauen von Schmutz oder anderen Partikeln vermieden, und die Fähigkeit der optischen Sensoranordnung, ohne die Notwendigkeit einer Reinigung zu funktionieren, ist verbessert.
Die Lichtübertragungs- und Kontrollbauteile des Linsenteils 98 mit der Linse 100, der Nut 106 und der Oberfläche 108 sind sämtlich symmetrisch in bezug auf eine die Seelen 52 der Kabel 12 und 14 trennende Ebene. Somit kann jedes der beiden Kabel als das Lichtzufuhrkabel und das andere als Empfangskabel dienen, ohne daß die Arbeitsweise der Sensoranordung 90 beeinträchtigt wird.
Faseroptische Kabel von erheblicher Länge können Licht mit größeren Winkeleigenschaften ausschalten oder dämpfen und Licht übertragen, das eng kollimiert ist. Somit wird bei der in den Fig. 9 bis 13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung angenommen, daß die Kabelseelen 52 kollimiertes Licht anstelle von divergierendem oder konvergierendem Licht abgeben bzw. aufnehmen. In Fig. 13 sind zwei Lichtwege 110 und 112 dargestellt. Falls das Kabel 12 zur Zufuhr kollimierten Lichtes verwendet wird, wird das auf dem Weg 110 übertragene Licht vom Linsensegment 102 zu einem Punkt oder einer kleinen Zone im Ziel 16 fokussiert. Eine Brechung tritt an der unteren Oberfläche 108 auf. Der Lichtweg 112 schneidet das Ziel 16 in einem Bereich oder Gebiet 114, in dem der Weg 110 endet. Licht, das von einem beliebigen Punkt oder Bereich in diesem Gebiet reflektiert wird, läuft auf bzw. in dem Weg 112 durch die untere Oberfläche 108 und das Linsensegment 104 zum Kabel 14. Das Licht tritt in die Seele 52 des Kabels 14 mit einem kleinen Winkel zur Kabelachse im Einklang mit den Anforderungen der optischen Faser ein. Falls das Kabel 14 als die Lichtquelle verwendet wird, ist die Arbeitsweise umgekehrt, und die Wege 110 und 112 nehmen jeweils die alternative Form und Funktion an.
Die Linsenbereiche 74 und 76 der optischen Sensoranordnung 10 und die Linsensegmente 102 und 104 der optischen Sensoranordnung 90 sind Kugelsegmente. Ggf. können verschiedene gekrümmte Formen, wie etwa eine asphärische Form, verwendet werden, um eine genauere Lichtrichtung und Kontrolle zu erreichen.
Die mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebenen und in diesen gezeigten optischen Sensoranordnungen sind einfach und ohne Aufwand herzustellen und zusammenzubauen. Sie enthalten ein integrales Linsensystem, das die Ausnutzung des verfügbaren Lichtes maximiert. Die Anordnungen sind auf einfache Weise mit einfachen, nichtabgeschlossenen Enden faseroptischer Kabel ohne spezielle Vorbereitung der Kabelenden und ohne die Notwendigkeit besonderer Sorgfalt oder hochqualifizierter Arbeitskräfte verbunden. Sie maximieren die Lichtkopplung mit einer Anordnung, die wirtschaftlich hergestellt werden kann. Die Anordnungen sind derart beschaffen, daß faseroptische Kabelenden in einfacher und selbstätiger Form mechanisch festgelegt und präzise optisch zentriert werden. Die Anordnungen liefern Verbesserungen in der optischen Sensortechnik unter Überwindung von Nachteilen früherer elektrischer Sensorsysteme und bekannter optischer Systeme.

Claims

1. Optische Sensoranordnung (10;90) zur Verwendung in einem optischen Sensorsystem zum Feststellen einer Lichtreflexion aus einem Zielgebiet (16), bei der ein faseroptisches Lichtzufuhrkabel (12) und ein faseroptisches Lichtaufnahmekabel (14) mit ihren Enden in der Nähe des Zielgebiets angeordnet sind, wobei die optische Sensoranordnung versehen ist mit

einem Gehäuse (18;92) mit einer Befestigungseinrichtung (82,84;94) zum Abstützen des Gehäuses in einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf das Zielgebiet,

einem Kabelhalteteil (20;96),

wobei das Gehäuse und das Kabelhalteteil eine zusammenwirkende Verriegelungseinrichtung (28) zum lösbaren Festlegen des Kabelhalteteils am Gehä.use aufweisen,

das Kabelhalteteil eine Fassung (22,24) zur Aufnahme eines Endes des Zufuhr- und des Aufnahmekabels (12,14) aufweist, und

einer Linseneinrichtung (26;98), die am Kabelhalteteil örtlich festgelegt und in einem Lichtübertragungsverhältnis mit der Fassung angeordnet ist, um Licht von dem vom Kabelhalteteil gehaltenen Lichtzufuhrkabel auf das Zielgebiet zu richten und um Licht vom Zielgebiet auf das vom Kabelhalteteil gehaltene Lichtaufnahmekabel zu richten.

2. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Fassung (22,24) einen ersten und einen zweiten im Kabelhalteteil gebildeten Kabelschuh aufweist, die so bemessen sind, daß sie nicht-abgeschlossene Enden des Lichtzufuhrkabels bzw. des Lichtaufnahmekabels unmittelbar aufnehmen.

3. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 2, bei der die Linseneinrichtung (26;98) einstückig mit dem Kabelhalteteil ausgebildet ist.

4. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 3, bei der die Linseneinrichtung (26;98) ein erstes (60;102) und ein zweites (62;104), jeweils mit dem ersten (22) und dem zweiten (24) Kabelschuh ausgerichtetes Linsensystem aufweist, die jeweils einen gekrümmten Linsenbereich (74,76;100) zum Umwandeln übertragenen Lichtes zwischen einem im allgemeinen kollimierten Lichtweg und einem konvergierenden Lichtweg enthalten, der von dem gekrümmten Linsenbereich zu dem jeweiligen Kabelschuh verläuft.

5. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 4, bei der die Linsenbereiche (74,76) des ersten (60) und des zweiten (62) Linsensystems im allgemeinen den gleichen Krümmungsradius aufweisen und der gekrümmte Linsenbereich (74) des ersten Linsensystems (60) ein kleinere Fläche als der gekrümmte Linsenbereich (76) des zweien Linsensystems (62) besitzt.

6. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 4, bei der jedes Linsensystem (60,62) ferner einen Brechungsbereich (78,80) aufweist, der im allgemeinen kollimiertes Licht von dem Linsensystem (60,62) zum Zielgebiet (16) richtet.

7. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 6, bei der die Brechungsbereiche (78,80) gleichebenig oder auf unterschiedlich ausgerichteten Ebenen angeordnet sind.

8. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 4, bei der die Linsenbereiche (102,104) Kugelsegmente der gleichen Kugel sind und eine Ausnehmung (106) in der Linseneinrichtung (98) die Segmente trennt.

9. Optische Sensoranordnung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei der das Gehäuse (18) einen Hohlraum (40) für ein gleitbares Aufnehmen des Kabelhalteteils (20) aufweist.

10. Optische Sensoranordnung nach Ansrpuch 9, bei der die Verriegelungseinrichtung (28) eine Spannungsentlastungsausbildung (56) aufweist, die mit den Kabelenden (12,14) in der Fassung (22,24) als Folge eines Eingriffs der Verriegelungseinrichtung in Eingriff bringbar ist.

11. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Verriegelungseinrichtung (28) ein flexibles, am Kabelhalteteil (20) gebildetes Verriegelungsglied (36) aufweist, das bei Aufnahme des Kabelhalteteils (20) im Hohlraum (40) flexibel zur Fassung (22,24) hin verformt wird.

12. Optische Sensoranordnung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei der das Kabelhalteteil (20) als ein einheitlicher, einstückiger Körper gebildet ist, die Fassung einen Anschlagbereich (54) zum Positionieren der faseroptischen Kabelenden im ersten (22) und zweiten (24) Kabelschuh in vorbestimmten Positionen im Kabelhalteteil (20) aufweist, das Gehäuse eine Hohlraumwand besitzt, die einen Hohlraum (40) zurn gleitbaren Aufnehmen des Halteteils (20) bildet, und die Verriegelungseinrichtung erste (46) und zweite (36) Verriegelungsausbildungen am Gehäuse (18) und am Halteteil (20) aufweist, die miteinander bei der gleitbaren Aufnahme des Halteteils (20) in den Hohlraum (40) zum Festlegen des Halteteils mit an einer vorbestimmten Stelle in bezug auf das Gehäuse (18) positioniertem Anschlagbereich (54) in Eingriff bringbar sind, und eine Öffnung (72) im Gehäuse mit dem Hohlraum (40) zur Ermöglichung einer Lichtübertragung zwischen der vorbestimmten Stelle und einem Zielgebiet (16) in Verbindung steht.

13. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 12, bei der die erste Verriegelungsausbildung (46) eine Verriegelungsausnehmung in der Hohlraumwand umfaßt und die zweite Verriegelungsausbildung (36) einen flexiblen elastischen Bereich des Halteteils umfaßt, der einen mit der Verriegelungsausnehmung (46) in Eingriff bringbaren Verriegelungsansatz (50) besitzt.

14. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 13, mit einer vorspringenden Spannungsentlastungseinrichtung (56) an dem flexiblen elastischen Bereich (36), die von der Außenseite der Kabelschuhe (22,24) in die Kabelschuhe hinein als Folge des Verbiegens des flexiblen elastischen Bereichs (36) bewegbar ist.

15. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 14, bei der der flexible elastische Bereich (36) eine Zunge mit dem Verriegelungsvorsprung (50) und der vorspringenden Spannungsentlastungseinrichtung (56) auf gegenüberliegenden Seiten umfaßt.

16. Optische Sensoranordnung nach Anspruch 15, bei der die Anschlagbereiche (54) im allgemeinen gleichebenig sind und die Kabelschuhe (22,24) und die Zunge (36) im allgemeinen parallel zueinander verlaufen.