DE4304343A1 - Aus einem Lichtsender mit Sendeoptik und einem Lichtempfänger mit Empfangsoptik bestehende lichtelektrische Einrichtung - Google Patents
Aus einem Lichtsender mit Sendeoptik und einem Lichtempfänger mit Empfangsoptik bestehende lichtelektrische EinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtelektrische Einrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Sende- und Empfangsoptiken bekannter derartiger Einrichtungen (Einweg-
Lichtschranken, Reflexionslichtschranken, Lichttaster, Entfernungsmeßeinrich
tungen etc.) sind als refraktive Optiken ausgebildet.
Abgesehen vom Volumen und Gewicht solcher Optiken lassen deren Abbil
dungseigenschaften unter der Voraussetzung eines vertretbaren Realisierungsauf
wands häufig zu wünschen übrig.
Im Aufsatz "Binäre Optik" von W.B. Veldkamp und Thomas J. Mc Hugh, Spec
trum der Wissenschaft, Juli 1992, Seiten 44-50, sind optische Elemente mit
völlig neuen Abbildungseigenschaften beschrieben, die, nicht wie Linsen und
Spiegel, Licht brechen oder reflektieren, sondern beugen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Baugröße
von lichtelektrischen Einrichtungen der gattungsgemäßen Art durch die Verwen
dung kleinvolumiger Fokussierungselemente mit optimalen Fokussiereigenschaf
ten zu reduzieren.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen charakterisiert.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert, die als
Ausführungsbeispiel einen Reflexions-Lichttaster schematisch veranschaulicht.
Es zeigt
Fig. 1 die Frontansicht eines mit einer binären bzw. diffraktiven
Optik (Beugungslinse) ausgerüsteten Lichttasters,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Lichttasters gemäß Fig. 1, teilweise
im Schnitt,
Fig. 3 eine Teil-Seitenansicht eines mit einer kombinierten re
fraktiven und diffraktiven Optik ausgestatteten Licht
tasters,
Fig. 4 eine Ansicht gemäß Fig. 2, wobei die Empfangsoptik
durch einen als diffraktive Optik (Beugungslinse) ausge
bildeten Umlenk- und Fokussierungsspiegel verkörpert ist,
Fig. 5 eine Ansicht des mit jeweils einer Beugungslinse kom
binierten Lichtsenders und Lichtempfängers eines Licht
tasters.
In den Fig. 1 bis 3 ist mit 10 das Gehäuse eines Reflexions-Lichttasters be
zeichnet, in dem ein kohärentes Licht abstrahlenden Lichtsender 11, eine dif
fraktive Sendeoptik (Beugungslinse) 12, eine diffraktive Empfangsoptik 13 und
ein Lichtempfänger 14 mit einer diesem nachgeschalteten, nicht dargestellten
Auswerteschaltungsanordnung untergebracht sind. Im Bedarfsfall kann auch nur
dem Lichtsender 11 oder dem Lichtempfänger 14 eine diffraktive Optik zuge
ordnet sein. Erforderlichenfalls können die binären Sendeoptiken 12, 13 durch
ein dünnes, auswechselbares Schutzfenster 15, 16 aus geeignetem Material ab
gedeckt sein.
Die geometrische Beugungsstruktur 17 der diffraktiven bzw. binären Optiken 12
und 13 wird jeweils entsprechend dem speziellen Anwendungsfall berechnet und
auf ein geeignetes dünnes optisches Trägermaterial 18, z. B. auf ein Glasplätt
chen, aufgebracht. Dies kann durch Ätzen, Bedampfen durch holographische
Methoden oder durch Warmprägen von Reliefstrukturen geschehen.
Falls es zur Kompensation von durch Sendelicht verschiedener Wellenlänge
verursachten Aberrationen erforderlich ist, kann, wie an sich bekannt, die Sen
de- und/oder Empfangsoptik 12 bzw. 13 auch mit einer refraktiven Linse 19
bzw. 20 kombiniert werden (siehe hierzu Fig. 3).
Als Lichtquelle bzw. Lichtsender können Laserdioden oder herkömmliche Laser
verwendet werden, beispielsweise CO2- und He-Ne-Laser.
Durch Stabilisierung der Wellenlänge, Leistung und Temperatur der Laser-
Lichtquelle lassen sich konstante spektrale Eigenschaften erzielen. Die dadurch
bedingte Schmalbandigkeit ermöglicht wiederum einen störungsfreien Parallel
einsatz mehrerer mit verschiedener Laserstrahl-Wellenlänge arbeitender und mit
entsprechend angepaßten diffraktiven Optiken (Beugungslinsen) ausgestatteter
Geräte.
Zur Erzielung einer vergleichsweise besseren Winkelauflösung und größerer
Brennweiten wird in Weiterbildung der Erfindung die Empfangsoptik als das
Empfangsstrahlenbündel auf den Lichtempfänger umlenkender und fokussieren
der diffraktiver Spiegel ausgebildet. In Fig. 4 ist ein solcher Spiegel mit 21
und der zugehörige Lichtempfänger mit 14′ bezeichnet.
Eine besonders kompakte Bauweise lichtelektrischer Einrichtungen der gattungs
gemäßen Art läßt sich erzielen, wenn die Laser-Sendediode unmittelbar mit
einer diffraktiven Optik kombiniert wird, desgleichen der Lichtempfänger.
Fig. 5 zeigt eine derartige Ausgestaltung eines Lichttasters. Der Lichtsender 11
und der Lichtempfänger 14 sind hierbei jeweils mit einer Beugungslinse 22, 23
kombiniert. Gegebenenfalls kann auch nur die Optik des Lichtsenders oder die
jenige des Lichtempfängers durch eine Beugungslinse verkörpert sein.
Die Funktionsweise der Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 ist folgende:
Der im Ausführungsbeispiel als Laserdiode ausgebildete Lichtsender 11 strahlt
kohärentes Licht ab. Das Sendelichtstrahlenbündel 24 wird von der diffraktiven
Optik 12 (binäre Optik, lichtbeugende Linse) auf einen im Abstand a vom
Reflexlichttaster befindlichen Gegenstand 25 fokussiert. Ein Anteil 24′ des Sen
delichtstrahlenbündels wird auf die diffraktive Optik 13 zurückreflektiert und
gelangt von dieser fokussiert auf den Lichtempfänger 14. In einer dem Licht-
Empfänger 14 nachgeschalteten nicht dargestellten Auswerteeinheit wird das
Empfangssignal bewertet.
Es ist ersichtlich, daß durch den Verzicht auf refraktive Optiken eine bedeutend
raumsparendere Bauweise von Lichtschranken und dergleichen lichtelektrischen
Abtasteinrichtungen ermöglicht wird.
Werden in bestimmten Anwendungsfällen kombinierte Anordnungen aus refrak
tiven und diffraktiven Linsen erforderlich (siehe Fig. 3), so ergibt sich im Ver
gleich mit für derartige Anwendungsfälle sonst notwendigen Kombinationen aus
refraktiven Linsen ein beträchtlich geringerer Raumbedarf und Kostenaufwand.
Kohärentes Licht kann gegebenenfalls auch mittels Interferenzfilter oder durch
geeignete Spiegelanordnungen bei Verwendung nicht kohärentes Licht aussen
dender Lichtquellen erzeugt werden.
Teilkohärentes Licht kann beispielsweise mit einer spektral begrenzten Leucht
diode (z. B. GAS-Diode) erzeugt werden.
Die durch die Erfindung erzielbare Baugrößenreduzierung lichtelektrischer Ein
richtungen bezogen auf den bisher für den sende- und empfangsseitigen Ge
samtfokussierungsaufwand erforderlichen Platzbedarf liegt in der Größenord
nung von 100 bis 200%.
Claims (9)
1. Aus einem Lichtsender mit Sendeoptik und einem Lichtempfänger mit Emp
fangsoptik und diesem nachgeschalteter Auswerteanordnung bestehende Ein
richtung zum Erfassen von in den Lichtstrahlengang gelangenden Objekten
und Konfigurationen, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (11) ko
härentes oder teilkohärentes Licht abstrahlt und die Sende- und/oder Emp
fangsoptik mindestens teilweise durch eine diffraktive Optik (12, 13) verkör
pert sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-
und/oder Empfangsoptik aus der Kombination einer diffraktiven Optik (12, 13)
mit einer refraktiven Optik (19, 20) gebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beu
gungsstruktur der Elemente der diffraktiven Optik (12, 13) für den jeweili
gen Anwendungsfall berechnet und die Oberfläche eines optischen Träger
materials (18) mit der berechneten Struktur versehen wird.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die jeweilige Beugungsstruktur in die Oberfläche des Träger
materials (18) durch Ätzen, Bedampfen oder durch Holografie eingebracht
ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Lichtsender eine Laserlichtquelle verwendet wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung einer
Laserdiode als Lichtsender.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Laser-Lichtquelle hinsichtlich ihrer Leistung, Temperatur
und Wellenlänge stabilisiert ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Lichtsender (11) und/oder der Lichtempfänger (14) mit einer
diffraktiven Optik (21, 22) versehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsop
tik durch einen das Empfangsstrahlenbündel auf den Lichtempfänger (14)
umlenkenden und fokussierenden diffraktiven Spiegel (21) gebildet ist.
Priority Applications (1)
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DE19934304343 DE4304343A1 (de) | 1993-02-13 | 1993-02-13 | Aus einem Lichtsender mit Sendeoptik und einem Lichtempfänger mit Empfangsoptik bestehende lichtelektrische Einrichtung |
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Publications (1)
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DE4304343A1 true DE4304343A1 (de) | 1994-08-18 |
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ID=6480371
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