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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE10323336 B3
Publication typeGrant
Application numberDE2003123336
Publication date7 Oct 2004
Filing date23 May 2003
Priority date7 Apr 2003
Also published asDE10323336B8
Publication number03123336, 2003123336, DE 10323336 B3, DE 10323336B3, DE-B3-10323336, DE03123336, DE10323336 B3, DE10323336B3, DE2003123336
InventorsVladimir Dipl.-Ing. Dr. Gorelik, Manfred Dipl.-Phys. Hibbing, Jürgen Dipl.-Phys. Dr. Ihlmann, Sergey Dipl.-Ing. Dr. Kudaev, Andre Michaelis, Wolfgang Dr. Niehoff, Peter Dipl.-Phys. Dr. Schreiber, Ruth Dipl.-Phys. Weichhain
ApplicantFraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Laser-Laboratorium Göttingen e.V.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Optical arrangement for determining the distance to a reflecting surface has optical fibers for incident and reflected light, a collimator and multiple focussing elements arranged at a regular predefined distance to each other
DE 10323336 B3
Abstract
Arrangement for optical distance determination of a reflecting surface (4) on to which light from a first optical fiber is directed with reflected light routed through the same optical fiber or a second fiber to a stationary detector. The incident and reflected light passes through a collimating optical element (2) and at least two focussing optical elements (3'). The focussing elements are arranged at predefined distances to each other and have their optical axes parallel to the collimator axis.
Claims(21)  translated from German
  1. Anordnung zur optischen Abstandsbestimmung einer reflektierenden Oberfläche, auf die Licht einer Lichtquelle über eine erste Lichtleitfaser gerichtet ist und von der reflektiertes Licht über die erste Lichtleitfaser oder mindestens eine weitere Lichtleitfaser auf mindestens einen statisch angeordneten optischen Detektor gelangt, dadurch gekennzeichnet , dass das Licht auf die reflektierende Oberfläche ( Arrangement for optical distance determining a reflecting surface is directed to the light from a light source through a first optical fiber and passes from the reflected light via the first optical fiber or at least one further optical fiber on at least one statically arranged optical detector, characterized in that the light on the reflecting surface ( 4 4 ) und von der reflektierenden Oberfläche ( ) And from the reflective surface ( 4 4 ) über mindestens ein in Richtung auf die reflektierende Oberfläche ( ) Via at least one reflective surface in the direction of the ( 4 4 ) kollimierendes optisches Element ( ) Collimating optical element ( 2 2 ) und mindestens zwei in Richtung auf die reflektierende Oberfläche ( ) And at least two in the direction of the reflecting surface ( 4 4 ) fokussierende optische Elemente ( ) Focusing optical elements ( 3' 3 ' ), deren optische Achsen parallel zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ( ), Whose optical axes are parallel to the optical axis of the collimating optical element ( 2 2 ) ausgerichtet und in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet sind, verläuft. ) Are aligned and arranged at predetermined distances from one another, extends.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere fokussierende optische Elemente ( Arrangement according to claim 1, characterized in that a plurality of focusing optical elements ( 3' 3 ' ) entlang einer Achse eine Reihen- oder in mehreren Reihen eine Arrayanordnung bilden. ) Along an axis of a row or in a plurality of rows forming an array arrangement.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierenden optischen Elemente ( Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the focusing optical elements ( 3' 3 ' ) äquidistant zueinander angeordnet sind. ) Are arranged equidistantly to one another.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierenden optischen Elemente ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing optical elements ( 3' 3 ' ) in konstantem Abstand zum kollimierenden optischen Element ( ) At a constant distance from the collimating optical element ( 2 2 ) angeordnet sind. Are arranged).
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierenden optischen Elemente ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing optical elements ( 3' 3 ' ), als Zylinderlinsen ausgebildet sind. ), Are designed as cylinder lenses.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexen Oberflächen der fokussierenden optischen Elemente ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the convex surfaces of the focusing optical elements ( 3' 3 ' ) asphärisch gekrümmt sind. ) Are aspherical curved.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kollimierende optische Element ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the collimating optical element ( 2 2 ) eine plankonvexe optische Linse ist. ) A plano-convex optical lens.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Oberfläche des kollimierenden optischen Elementes ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the convex surface of the collimating optical element ( 2 2 ) asphärisch gekrümmt ist. ) Is aspherical curved.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der mindestens einen weiteren Lichtleitfaser ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the end face of the at least one further optical fiber ( 5 5 ) in die reflektiertes Licht einkoppelbar ist, unmittelbar neben der Stirnfläche der ersten Lichtleitfaser ( ) Can be coupled into the reflected light immediately adjacent the end face of the first optical fiber ( 1 1 ), aus der Licht der Lichtquelle austritt, angeordnet ist. ), Emerges from the light of the light source is arranged.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung, bei der Licht aus einer Stirnfläche einer ersten Lichtleitfaser ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in an arrangement in which light from an end face of a first optical fiber ( 1 1 ) auf die reflektie rende Oberfläche ( ) On the surface is reflecting rende ( 4 4 ) gerichtet und von dort reflektiertes Licht in die Stirnfläche dieser Lichtleitfaser ( ) Addressed, and from there the reflected light into the end face of this optical fiber ( 1 1 ) einkoppelbar ist, ein Faserverzweiger/Rückkoppler für Licht der Lichtquelle und für reflektiertes Licht zum optischen Detektor vorhanden ist. ) Can be coupled, a Faserverzweiger / feedbacker for light from the light source and reflected light to the optical detector is present.
  11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche(n) der ersten Lichtleitfaser und/oder der mindestens einen weiteren Lichtleitfaser ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the end face (s) of the first optical fiber and / or the at least one further optical fiber ( 5 5 ) orthogonal zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ( ) Orthogonal to the optical axis of the collimating optical element ( 2 2 ) ausgerichtet ist/sind. Aligned) is / are.
  12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtleitfaser ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical fiber ( 1 1 ) und/oder die mindestens eine weitere Lichtleitfaser ( ) And / or the at least one further optical fiber ( 5 5 ) jeweils in einem schräg geneigten Winkel in Bezug zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ( ) Each at an obliquely inclined angle with respect to the optical axis of the collimating optical element ( 2 2 ) ausgerichtet ist/sind. Aligned) is / are.
  13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtleitfaser ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical fiber ( 1 1 ) und/oder die mindestens eine weitere Lichtleitfaser ( ) And / or the at least one further optical fiber ( 5 5 ) versetzt zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ( ) Is added to the optical axis of the collimating optical element ( 2 2 ) angeordnet ist/sind. ) Is / are arranged.
  14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Stirnfläche der ersten Lichtleitfaser ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on the end face of the first optical fiber ( 1 1 ) ein Transmissionsgitter ausgebildet ist. ) Is a transmission grating.
  15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine LED oder eine Laserdiode ist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light source is an LED or a laser diode.
  16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche ( Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the reflecting surface ( 4 4 ) ein Teil einer Membran oder auf einer Membran angeordnet ist. ) Is part of a membrane or disposed on a membrane.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen fokussierenden optischen Elementen ( Arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that between the focusing optical elements ( 3' 3 ' ) Freiräume vorhanden oder Durchbrechungen ( ) Free space available or perforations ( 7 7 , . 7' 7 ' ) ausgebildet sind. ) Are formed.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen kollimierendem optischen Element ( Arrangement according to one of claims 1 to 17, characterized in that between the collimating optical element ( 2 2 ) und fokussierenden optischen Elementen ( ) And focusing optical elements ( 3' 3 ' ) mindestens ein weiteres strahlformendes optisches Element ( ) At least one further beam shaping optical element ( 6 6 ) angeordnet ist oder strahlformende Eelemente in das kolliemierende optische Element ( ) Is arranged or beamforming Eelemente in the kolliemierende optical element ( 2 2 ) integriert sind. ) Are integrated.
  19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlformende optische Element ( Arrangement according to claim 18, characterized in that the beam-shaping optical element ( 6 6 ) eine Teleskop-Array-Anordnung ist. ) Is a telescope array arrangement.
  20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das/die strahlformende optische Element(e) ( Arrangement according to claim 18, characterized in that the / the beam-shaping optical element (s) ( 6 6 ) diffraktive oder refraktive optische Elemente ist/sind. ) Diffractive or refractive optical elements is / are.
  21. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ein optisches Mikrofon bildet. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement forms an optical microphone.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Abstandsbestimmung einer reflektierenden Oberfläche, die insbesondere für die Bestimmung geringer Abstandsveränderungen, wie sie häufig bei schwingenden Systemen vorkommen, vorteilhaft einsetzbar ist. The invention relates to an optical arrangement for determining the distance of a reflecting surface, in particular lower for the determination of distance changes as they occur frequently in oscillating systems, can be used advantageously. Sie kann als optisches Mikrofon oder Hydrophon eingesetzt werden. It can be used as an optical microphone or hydrophone.
  • [0002] [0002]
    Hierzu sind verschiedene Messprinzipien bekannt, bei denen sich der Einkoppelgrad zwischen zwei Lichtleitfasern, die Phasenmodulation oder die Polarisation von Licht in veränderter Form auswerten lässt, bekannt. For this purpose, different measuring principles are known in which the Einkoppelgrad between two optical fibers, phase modulation, or the polarization of light can be evaluated in a modified form, is known.
  • [0003] [0003]
    Aus From US 3,940,608 US 3,940,608 sowie such as US 5,073,027 US 5,073,027 sind Lösungen bekannt, bei denen Licht einer Lichtquelle über mindes tens eine Lichtleitfaser auf eine reflektierende Oberfläche gerichtet wird und von dieser reflektierenden Oberfläche rückreflektiertes Licht über ebenfalls die eine oder eine weitere Lichtleitfaser auf einen optischen Detektor gerichtet und die jeweilige Intensität des detektierten Lichtes, als Maß für den jeweiligen Abstand der reflektierenden Oberfläche genutzt wird. are known solutions in which light from a light source via Minim an optical fiber is directed onto a reflective surface least Return light reflected from this reflecting surface light over also the one or directed a further optical fiber to an optical detector, and the respective intensity of the detected light as a measure is used for the respective distance of the reflecting surface.
  • [0004] [0004]
    Bei diesen bekannten Lösungen wird aber das jeweils auf die reflektierende Oberfläche gerichtete Licht mittels optischer Elemente in diese Richtung fokussiert, so dass in Abhängigkeit des jeweiligen Abstandes der reflektierenden Oberfläche ein mehr oder weniger großer Lichtfleck zu verzeichnen ist und dieser im günstigsten Fall vollständig auf dem optischen Detektor abgebildet werden kann. In these known solutions however, the directed respectively onto the reflective surface light is focused in this direction by means of optical elements, so that depending on the respective distance of the reflecting surface of a more or less large light spot is recorded and this at best all-optical on the detector can be mapped.
  • [0005] [0005]
    Bei sich verändernden Abständen der jeweiligen reflektierenden Oberfläche verändert sich entsprechend die Größe der Abbildung, wodurch im Zusammenspiel der Vignettierung an der Apertur der Lichtleitfaser für das rückreflektierte Licht eine entsprechende Änderung der mit dem optischen Detektor erfassbaren Lichtintensität ergibt, die als Messsignalwert proportional zum jeweiligen Abstand oder einer aufgetretenen Abstandsänderung ausgewertet werden kann. When changing distances between the respective reflecting surface changes according to the size of the figure, which in the interaction of vignetting at the aperture of the optical fiber for the back-reflected light results in a corresponding change in the detectable by the optical detector light intensity, which is proportional to the particular distance or as a measurement signal value an occurring distance change can be evaluated.
  • [0006] [0006]
    So ist insbesondere in Thus, in particular in US 5,073,027 US 5,073,027 eine Lösung beschrieben, bei der lediglich eine Lichtleitfaser für die Bestrahlung der jeweiligen reflektierenden Oberfläche und die Führung von von dort reflektiertem Licht zu einem optischen Detektor eingesetzt wird. described a solution in which only one optical fiber for the irradiation of the respective reflective surface and the guide is inserted from thence reflected light to an optical detector.
  • [0007] [0007]
    Dabei soll mit der dort beschriebenen Lehre eine Möglichkeit geschaffen werden, in dem durch Variation von Abständen zwischen der Stirnfläche der Lichtleitfaser, aus der Licht aus- und reflektiertes Licht eingekoppelt wird und fokussierenden optischen Elementen eine Anpassung auf unterschiedliche Abstandsmessbereiche mit jeweils erhöhter Messempfindlichkeit erreicht werden soll. This is the doctrine described there a possibility to be created in the off states by varying distances between the end face of the optical fiber from the light and reflected light is coupled and focusing optical elements to adapt to different distance ranges to be achieved by each increased sensitivity ,
  • [0008] [0008]
    Bei der in Wherein in US 3,940,608 US 3,940,608 beschriebenen Lösung werden mehrere Lichtleitfasern für die Bestrahlung der reflektierenden Fläche und auch für auf einen oder mehrere Detektor(en) zu richtende reflektierte Strahlung eingesetzt, wobei sowohl für die Bestrahlung, wie auch für das reflektierte Licht gleiche optische Elemente zwischengeschaltet sind. solution described, a plurality of optical fibers used for the irradiation of the reflecting surface and also for one or more detector (s) for directing radiation reflected, wherein both of the irradiation, as same optical elements are interposed also for the reflected light.
  • [0009] [0009]
    Durch Auswahl des jeweiligen Abbildungsmaßstabes besteht so die Möglichkeit Einfluss auf die Steilheit der durch auftretende Abstandsänderungen erfassbaren Lichtintensitäten mit optischen Detektoren in bestimmten Grenzen vornehmen zu können. By selecting the respective image scale so it is possible to influence the slope of the detectable by changes occurring distance light intensities with optical detectors to perform within certain limits.
  • [0010] [0010]
    Dabei gilt, dass die Steilheit bei sich entsprechend verändernden Lichtintensitäten umso größer wird, je kleiner der jeweilige Abbildungsmaßstab gewählt worden ist. It being understood that the slope is greater at correspondingly varying light intensities, the smaller the respective image scale is selected.
  • [0011] [0011]
    Dabei ist aber die Divergenz der Lichtstrahlung, die auf die reflektierende Oberfläche gerichtet ist, ein wesentliches Maß, mit dem die erreichbare Steilheit, der sich verändernden Lichtintensität begrenzt wird. But here is the divergence of the light radiation which is directed to the reflecting surface, an essential degree to which the attainable steepness of which is limited to changing light intensity.
  • [0012] [0012]
    Da sich die Strahldivergenz im Objekt- bzw. Bildraum und die Objekt- bzw. Bildgröße bei abbildenden Optiken gegenläufig ändern, kann aber der Abbildungsmaßstab von entsprechenden Optiken nicht beliebig reduziert werden, da die Lichtstrahldivergenz im Bildraum dann zu hohe Werte annehmen würde. As the set of beam divergence in the object or image space and object or image size on imaging optics in opposite directions, but the magnification of corresponding optics can not be arbitrarily reduced, since the light beam divergence would then assume too high values in the image space.
  • [0013] [0013]
    Ein optisches Abstandsmesssystem findet auch in An optical distance measuring system shall also apply in US 4,411,940 US 4,411,940 Erwähnung. Mention.
  • [0014] [0014]
    In In DE 40 35 799 A1 DE 40 35 799 A1 ist eine optische Vorrichtung mit konfokalem Strahlengang zur dreidimensionalen Untersuchung eines Objektes beschrieben. described an optical device with confocal beam path for three-dimensional examination of an object.
  • [0015] [0015]
    Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine optische Anordnung zur Verfügung zu stellen, mit der Abstände zu reflektierenden Oberflächen mit erhöhter Messempfindlichkeit bestimmt und/oder bereits kleine Abstandsveränderungen mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden können. It is therefore an object of the invention to provide an optical arrangement available, as determined by the distances to reflective surfaces with increased sensitivity and / or even small changes in distance can be detected with high sensitivity.
  • [0016] [0016]
    Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, gelöst. According to the invention this object is achieved by an arrangement which has the features of claim 1 solved. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden. Advantageous embodiments and modifications of the invention can be achieved with the features mentioned in the subordinate claims.
  • [0017] [0017]
    Die erfindungsgemäße Anordnung zur optischen Abstandsbestimmung von reflektierenden Oberflächen verwendet ebenfalls zumindest eine Lichtleitfaser, über die Licht einer Lichtquelle auf eine reflektierende Oberfläche gerichtet und dementsprechend von dieser Oberfläche reflektiertes Licht über diese oder mindestens eine weitere Lichtleitfaser auf mindestens einen optischen Detektor abgebildet werden kann. The inventive arrangement for optical distance determination of reflecting surfaces also be used at least an optical fiber directed across the light from a light source on a reflective surface and accordingly, reflected light from this surface light over this or at least one further optical fiber can be mapped to at least one optical detector. Mit dem optischen Detektor wird analog zu den Lösungen aus dem Stand der Technik, die sich in Abhängigkeit von ändernden Abständen verändernde messbare Lichtintensität, als Maß für den jeweiligen Abstand benutzt. With the optical detector is analogous to the solutions of the prior art, which uses as a function of changing intervals measurable changing light intensity as a measure of the respective distance.
  • [0018] [0018]
    Erfindungsgemäß wird das divergente Licht, das aus der ersten Lichtleitfaser austritt mittels eines kollimierenden optischen Elementes als parallele Lichtstrahlen in Richtung auf die jeweilige reflektierende Oberfläche gerichtet, wobei zwischen kollimierendem optischen Element und der reflektierenden Oberfläche mindestens zwei in Richtung auf die reflektierende Oberfläche fokussierende optische Elemente, deren optische Achsen parallel zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ausgerichtet sind, angeordnet sind. According to the invention, the divergent light emerging from the first optical fiber is directed as parallel rays of light in the direction of the respective reflective surface by means of a collimating optical element, wherein, between the collimating optical element and the reflective surface at least two in the direction of the reflecting surface of focusing optical elements whose optical axes are aligned parallel to the optical axis of the collimating optical element, are arranged. Diese optischen Achsen dieser mindestens zwei fokussierenden optischen Elemente weisen dabei einen vorgegebenen Abstand zueinander auf (auch bei einer höheren Anzahl von fokussierenden optischen Elementen). These optical axes of said at least two focusing optical elements have a predetermined spacing from one another on (even at a higher number of focusing optical elements).
  • [0019] [0019]
    So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn mehrere solcher fokussierenden optischen Elemente vorhanden sind, die zumindest entlang einer Achse eine Reihenanordnung bilden bzw, zur Erhöhung der Messempfindlichkeit mehrere Reihen solcher fokussierenden Elemente eine Arrayanordnung bilden. Thus, it is advantageous, for example, if several such focusing optical elements are present, which form a series arrangement along at least one axis or to increase the sensitivity of such multiple series focusing elements form an array arrangement. Dabei sollten die optischen Achsen und dementsprechend auch alle fokussierenden optischen Elemente äquidistant zueinander angeordnet sein. The optical axes and, accordingly, all focusing optical elements should be arranged equidistant from one another.
  • [0020] [0020]
    Bevorzugt ist es außerdem, diese fokussierenden optischen Elemente bezüglich ihrer optischen Eigenschaften, was insbesondere auf ihre Brennweite zutrifft, gleich zu gestalten. It is also preferable, to make this focusing optical elements with respect to their optical properties, which applies in particular to its focal length equal.
  • [0021] [0021]
    Die fokussierenden optischen Elemente sollten unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Brennweite in einem optimierten Abstand zur jeweiligen reflektierenden Oberfläche angeordnet sein, so dass sich bereits geringe Abstandsänderungen in sich signifikant verändernden gemessenen Lichtintensitäten am optischen Detektor widerspiegeln können. The focusing optical elements should be arranged taking into account their respective focal length in an optimized distance from the respective reflecting surface, so that already may reflect small changes in distance in significantly changing light intensities measured at the optical detector.
  • [0022] [0022]
    So kann ein mittlerer Abstand zwischen fokussierenden optischen Elementen und reflektierender Oberfläche so gewählt sein, dass dieser mit der jeweiligen Brenn punktebene der fokussierenden optischen Elemente übereinstimmt. May be selected to an average distance between the focusing optical elements and a reflective surface that this coincides with the respective focal point plane of the focusing optical elements.
  • [0023] [0023]
    Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sollte aber auch der Abstand zwischen der Ebene, in der die fokussierenden optischen Elemente angeordnet sind und dem kollimierenden optischen Element konstant gehalten sein. In the inventive arrangement as well as the distance between the plane in which the focusing optical elements are disposed, and the collimating optical element should be kept constant.
  • [0024] [0024]
    Vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn die jeweiligen konvexen Oberflächen der fokussierenden optischen Elemente, die bevorzugt als Zylinderlinsen ausgebildet sein können, asphärisch gekrümmt sind. Advantageously, it has an effect when the respective convex surfaces of the focusing optical elements, which can preferably be formed as cylindrical lenses are aspherically curved. Eine solche asphärische Krümmung der konvexen Oberfläche des kollimierenden optischen Elementes ist ebenfalls vorteilhaft. Such aspheric curvature of the convex surface of the collimating optical element is also advantageous. Das kollimierende optische Element kann als plankonvexe Linse ausgebildet sein, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche in Richtung auf die reflektierende Oberfläche, deren Abstand zu bestimmen ist, weist. The collimating optical element may be formed as a plano-convex lens, the convex curved surface in the direction toward the reflective surface whose distance is to be determined, has.
  • [0025] [0025]
    Es besteht die Möglichkeit Licht mittels einer einzigen Lichtleitfaser auf die reflektierende Oberfläche zu richten und von dort reflektiertes Licht über diese eine Lichtleitfaser auf mindestens einen optischen Detektor zu richten. It is possible to direct light through a single optical fiber to the reflective surface and directing an optical detector thence reflected light through an optical fiber to this at least. Hierfür ist ein geeigneter Koppler zur Lichtquelle und zum Detektor einzusetzen. For this purpose, a suitable coupler to the light source and the detector is to be used.
  • [0026] [0026]
    Ist die reflektierende Oberfläche in einem Soll- bzw. Bezugsabstand angeordnet, bei der sie in der Brennpunktebene der reflektierenden optischen Elemente angeordnet ist, erfolgt eine vollständige Abbildung des aus der Lichtleitfaser auf die reflektierende Fläche gerichteten und von dort reflektierten Lichtes in diese Lichtleitfaser und es kann eine maximale Intensität detektiert werden. The reflecting surface is arranged in a desired or reference distance, in which it is disposed in the focal plane of the reflective optical elements, a full image of the directed from the optical fiber to the reflecting surface, and from there the reflected light in this optical fiber, and it may maximum intensity are detected. Vergrößert oder verringert sich der Abstand der reflektierenden Oberfläche erfolgt keine vollständige Abbildung und die über die Lichtleitfaser den optischen Detektor erreichende Intensität ist entsprechend reduziert, so dass die erfassbare Lichtintensitätsreduzierung ein Maß für den veränderten Abstand ist. Increases or decreases the distance of the reflecting surface is not a complete picture and over fiber optical detector achieved intensity is reduced accordingly so that the detectable light intensity reduction is a measure of the change in distance.
  • [0027] [0027]
    Wird in der Nähe der bezeichneten einen Lichtleitfaser mindestens eine weitere Lichtleitfaser angeordnet, die von der reflektierenden Oberfläche Licht auf einen weiteren optischen Detektor richten kann, erhöht sich die mit diesem optischen Detektor erfassbare Lichtintensität bei sich veränderndem Abstand, sobald die reflektierende Oberfläche außerhalb der Brennpunktebene der reflektierenden optischen Elemente angeordnet, also bewegt worden ist. Is near the designated one optical fiber arranged at least another optical fiber may address from the reflective surface light on another optical detector, the detectable with this optical detector light intensity increases to reflect changing distance when the reflective surface of the outside of the focal plane has been placed reflective optical elements, so moved. Gleichzeitig reduziert sich die Lichtintensität, die mit der anderen Lichtleitfaser über den optischen Koppler/Faserverzweiger auf den entsprechenden optischen Detektor gerichtet wird. At the same time, the light intensity is directed to the other optical fiber via the optical coupler / Faserverzweiger to the corresponding optical detector is reduced.
  • [0028] [0028]
    Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können auch mindestens zwei Lichtleitfasern eingesetzt werden, die außerhalb (neben) der optischen Achse zumindest des kollimierenden optischen Elementes angeordnet sind. In the inventive arrangement also includes at least two optical fibers can be used, which are disposed at least outside of the collimating optical element (in addition to) the optical axis. Hierbei kann auf einen optischen Koppler/Faserverzweiger an Lichtleitfasern verzichtet werden. This can be dispensed with an optical coupler / Faserverzweiger of optical fibers. Dabei wird durch eine Lichtleitfaser lediglich Licht auf die reflektierende Oberfläche gerichtet und von dort reflektiertes Licht über die erwähnten optischen Elemente in die eine oder weitere zusätzliche Lichtleitfaser(n) eingekoppelt und mittels optischer Detektoren die jeweilige sich abstandsabhängig verändernde Lichtintensität erfasst. In this case, only light directed through an optical fiber to the reflecting surface and reflected light therefrom is coupled via the above-mentioned optical elements into the one or more additional optical fiber (s) and detected by means of optical detectors, the respective be distance-dependent changing light intensity.
  • [0029] [0029]
    Insbesondere in diesem Fall sollten Zylinderlinsen als reflektierende optische Elemente eingesetzt werden. In particular, in this case, cylindrical lenses should be used as reflective optical elements.
  • [0030] [0030]
    Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können die Stirnflächen von Lichtleitfasern orthogonal zur optischen Achse des jeweiligen kollimierenden optischen Elementes ausgerichtet sein, was sowohl für die mindestens eine Lichtleitfaser für die Bestrahlung der reflektierenden Oberfläche, wie auch für von dieser Oberfläche reflektiertes Licht zutreffen kann. In the inventive arrangement, the end faces of optical fibers can be aligned orthogonally to the optical axis of the respective collimating optical element, which at least one optical fiber for the irradiation of the reflective surface, such as may be true for light reflected from that surface for both.
  • [0031] [0031]
    Neben der Möglichkeit, dass Lichtleitfasern zumindest in einem Bereich, indem Licht aus diesen aus- und eingekoppelt wird, parallel zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ausgerichtet sind, besteht die Möglichkeit diese Lichtleitfasern in Bezug zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes in einem schräg geneigten Winkel auszurichten, wobei die Neigungswinkel im Bereich zwischen 2° und 8° liegen können. In addition to the possibility that the optical fibers at least in a region where light from these off and coupled, is aligned parallel to the optical axis of the collimating optical element, it is possible these optical fibers with respect to the optical axis of the collimating optical element in an obliquely inclined aligning angle, the inclination angle may range between 2 ° and 8 °. So kann beispielsweise eine Anpassung insbesondere mindestens einer Lichtleitfaser für reflektiertes Licht an die Strahlformung, die mittels der fokussierenden optischen Elemente erreichbar ist, vorgenommen werden, so dass eine orthogonale Ausrichtung der Stirnfläche zur Einkopplung von reflektiertem Licht zur Krümmungsebene der fokussierenden Elemente erreichbar ist. For example, an adjustment in particular at least an optical fiber for reflected light to the beam shaping, which is accessible by means of the focusing optical elements, are made, so that an orthogonal orientation of the end face for coupling reflected light to the plane of curvature of the focusing elements is achievable.
  • [0032] [0032]
    Es besteht aber auch eine versetzte Anordnungsmöglichkeit der eingesetzten Lichtleitfasern für die Bestrahlung der reflektierenden Oberfläche und/oder für von dort reflektiertes Licht in Bezug zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes. But there is also a possibility of the offset arrangement of optical fibers used for the irradiation of the reflecting surface and / or from there the reflected light with respect to the optical axis of the collimating optical element.
  • [0033] [0033]
    In einer Weiterbildungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist auf einer Lichtleitfaser für die Bestrah lung der reflektierenden Oberfläche an der Stirnfläche, an der dieses Licht ausgekoppelt wird, ein Transmissionsgitter ausgebildet. In a form of training of the arrangement according to the invention a transmission grating is on an optical fiber for the Bestrah distribution of the reflective surface on the end face on which this light is coupled, is formed.
  • [0034] [0034]
    In dieser Form besteht die Möglichkeit eine Bestrahlung der reflektierenden Oberfläche in Bezug zur jeweiligen Anordnung von fokussierenden Elementen lokal gezielt zu beeinflussen. In this form it is possible irradiation of the reflecting surface with respect to the particular arrangement of focusing elements to influence locally targeted.
  • [0035] [0035]
    Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können als Lichtquellen an sich bekannte LED's, andere inkohärente Lichtquellen oder Laserdioden eingesetzt werden, wobei in der Regel auf eine Polarisation oder eine optische Filterung verzichtet werden kann. In the present arrangement known LED's, other incoherent light sources or laser diodes can be used as light sources per se, can be dispensed with polarization or optical filtering in general.
  • [0036] [0036]
    Wie bereits eingangs angedeutet, kann die erfindungsgemäße Anordnung an schwingenden Systemen günstig eingesetzt werden. As already indicated, the arrangement of the invention can be used in low oscillating systems. So besteht die Möglichkeit die reflektierende Oberfläche als Teil einer Membran auszubilden oder auf einer solchen Membran fixiert anzuordnen, so dass schwingungsbedingt auftretende Abstandsänderungen beim Schwingen einer solchen Membran detektiert werden können. Thus it is possible to form the reflective surface as part of a membrane or to arrange fixed on such a membrane so that vibration occurring due to changes in distance during the vibration of such a membrane can be detected.
  • [0037] [0037]
    Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird also, im Gegensatz zu den bekannten Lösungen des Standes der Technik, die Abbildungsoptik aus einem kollimierenden optischen Element und einer Mehrzahl fokussierender optischer Elemente, wobei letztere in Form einer Arrayanordnung eingesetzt werden sollten, gebildet. In the arrangement according to the invention therefore, is in contrast to the known solutions of the prior art, the imaging optics of a collimating optical element and a plurality of focusing optical elements, the latter should be used in the form of an array arrangement is formed.
  • [0038] [0038]
    Dadurch ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Erhöhung der Messempfindlichkeit. This results in additional ways to increase the sensitivity. So kann dies durch eine Vergrößerung der numerischen Aperturen der einzelnen eingesetzten fokussierenden Elemente und auch durch entsprechende Reduzierung der Brennweite dieser fo kussierenden Elemente beeinflusst werden. This can be affected by increasing the numerical apertures of the individual focusing elements used and by corresponding reduction of the focal length of fo-focusing elements. Beide bezeichneten Parameter können aber unabhängig voneinander einen entsprechenden positiven Einfluss erwirken. Both parameters can be specified but independently obtain a corresponding positive impact. Insbesondere durch die Aufteilung der Lichtstrahlung, mit der die reflektierende Oberfläche beaufschlagt wird, durch die Mehrzahl fokussierender optischer Elemente, kann bei kleinen Abständen der optischen Achsen dieser fokussierenden optischen Elemente (kleine Arraypitches) die Brennweite der fokussierenden optischen Elemente sehr deutlich reduziert werden, ohne dass sich die Divergenz im Bildraum vergrößert, was insbesondere auf den rückreflektierten Lichtanteil zutrifft. In particular by sharing the light radiation, with which the reflective surface is acted upon by the plurality of focusing optical elements, the focal length of the focusing optical elements are very significantly reduced at small distances of the optical axes of these focussing optical elements (small array pitch) without the divergence increases in image space, which is particularly relevant for the back-reflected light component.
  • [0039] [0039]
    Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. The invention will be explained in greater detail.
  • [0040] [0040]
    Dabei zeigen: In the drawings:
  • [0041] [0041]
    1 1 in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Lichtleitfasern; in schematic form an example of an inventive arrangement with two optical fibers;
  • [0042] [0042]
    2 2 eine Anordnung von zwei Lichtleitfasern an einem Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung; an arrangement of two optical fibers with an example of an arrangement according to the invention;
  • [0043] [0043]
    3 3 ein Diagramm von in Abhängigkeit eines sich verändernden Abstandes einer reflektierenden Oberfläche verändernder Koppeleffizienz; a diagram of changing in response to a changing distance a reflective surface coupling efficiency;
  • [0044] [0044]
    4 4 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei symmetrisch um eine optische Achse dezentrierten Lichtleitfasern; an example of an inventive arrangement with two symmetrically about an optical axis decentered optical fibers;
  • [0045] [0045]
    5 5 ein weiteres Beispiel mit einem zusätzlichen strahlformenden optischen Element und another example of an additional beam-shaping optical element and
  • [0046] [0046]
    6 6 eine räumliche Darstellung des bei Beispiel nach a spatial representation of according to Example 5 5 zusätzlich eingesetzten strahlformenden optischen Elementes. additionally used beam-forming optical element.
  • [0047] [0047]
    In In 1 1 ist in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. is shown in schematic form an example of an arrangement according to the invention.
  • [0048] [0048]
    Dabei wird Licht einer nicht dargestellten Lichtquelle über eine Lichtleitfaser In this case, light is a light source via an optical fiber not shown 1 1 ausgekoppelt und in divergenter Form auf ein kollimierendes optisches Element coupled and in divergent form on a collimating optical element 2 2 gerichtet. directed. Die parallele Lichtstrahlung trifft dann auf eine Arrayanordnung The parallel light rays then encounters an array arrangement 3 3 , die aus äquidistant zueinander angeordneten fokussierenden optischen Elementen Consisting of equidistantly arranged focussing optical elements 3' 3 ' gebildet ist. is formed. Dabei wird die Lichtstrahlung von jedem der fokussierenden optischen Elemente Here, the light radiation of each of the focusing optical elements 3' 3 ' in Richtung auf eine reflektierende Oberfläche toward a reflecting surface 4 4 , die Bestandteil einer weiter nicht dargestellten Membran oder auf einer solchen Membran fixiert angeordnet ist, gerichtet. That are part of a membrane, not otherwise shown or fixedly disposed on such a membrane is addressed.
  • [0049] [0049]
    Dabei sind die fokussierenden optischen Elemente In this case, the focussing optical elements 3' 3 ' so ausgebildet und in einem Abstand zur reflektierenden Oberfläche so formed and in a distance from the reflective surface 4 4 angeordnet, die zumindest in der Nähe ihrer Brennweite f liegt. arranged, which lies at least in the vicinity of its focal length f.
  • [0050] [0050]
    Infolge von jeweiligen Reflexionen werden die einzelnen Abbildungen in die Stirnfläche der Lichtleitfaser As a result of respective reflections, the individual pictures in the end face of the optical fiber 5 5 eingekoppelt und auf einem mit dieser Lichtleitfaser and coupled to an optical fiber with this 5 5 verbundenen optischen Detektor (nicht dargestellt) gerichtet, wenn die reflektierende Oberfläche associated optical detector (not shown) is directed, when the reflecting surface 4 4 außerhalb der Brennpunktebene der optischen Elemente outside the focal plane of the optical elements 3' 3 ' angeordnet ist. is arranged. Ist die reflektierende Oberflä che If the reflecting surface Oberflä 4 4 in der Brennpunktebene der optischen Elemente in the focal plane of the optical elements 3' 3 ' angeordnet, erfolgt eine Reflexion des gesamten Lichtes von der reflektierenden Oberfläche disposed, a reflection of the entire light is effected from the reflective surface 4 4 zurück in die Lichtleitfaser back into the optical fiber 1 1 . ,
  • [0051] [0051]
    Mit diesem optischen Detektor wird die Lichtintensität des reflektierten und in die Lichtleitfaser With this optical detector detects the light intensity of the reflected and in the optical fiber is 5 5 eingekoppelten Lichtes erfasst und kann für eine Bestimmung des jeweiligen Abstandes der reflektierenden Fläche detects the light coupled and can be used for determining the respective distance of the reflecting surface 4 4 oder gegebenenfalls auftretenden Abstandsänderungen genutzt werden. or possibly occurring changes in distance are used.
  • [0052] [0052]
    Einflussgrößen sind dabei die Brennweite F des kollimierenden optischen Elementes Factors are the focal length F of the collimating optical element 2 2 , der Abstand D zwischen kollimierendem optischen Element , The distance D between the collimating optical element 2 2 und der Arrayanordnung and the array configuration 3 3 von fokussierenden optischen Elementen of focusing optical elements 3' 3 ' , deren Brennweite f, die kleiner als die Brennweite F des kollimierenden optischen Elementes Whose focal length f that is less than the focal length f of the collimating optical element 2 2 ist. is.
  • [0053] [0053]
    Für den Fall, dass der Abstand zwischen der Arrayanordnung In the event that the distance between the array arrangement 3 3 und der reflektierenden Oberfläche and the reflecting surface 4 4 der Brennweite f der fokussierenden optischen Elemente the focal length f of the focusing optical elements 3' 3 ' und Abstand der Lichtleitfaser 1 zum kollimierenden optischen Element and spacing of the optical fiber 1 for collimating optical element 2 2 , der Brennweite F des optischen Elements , Focal length F of the optical element 2 2 entspricht, kann der Kern der Lichtleitfaser corresponds to the core of the optical fiber can 1 1 im Maßstab 1:1 aufrecht auf sich selbst abgebildet werden. 1 upright mapped to itself: the scale of 1.
  • [0054] [0054]
    Ändert sich jedoch der Abstand der reflektierenden Oberfläche However, changing the distance of the reflecting surface 4 4 , so erfolgt die Abbildung je nach der sich jeweils ergebenden Änderung des Abstands mehr oder weniger defokussiert, so dass nur ein Teil des Lichtes wieder in die Lichtleitfaser , The imaging is carried out more or less defocused depending on the respective resulting change of the distance, so that only a portion of the light back into the optical fiber 1 1 zurück und ein anderer Teil des Lichtes in die Lichtleitfaser back and another part of the light into the optical fiber 5 5 eingekoppelt und mit dem optischen Detektor detektiert werden kann. can be coupled and detected with the optical detector.
  • [0055] [0055]
    Für einen besonderen Fall, nämlich, wenn der Abstand D = F + f gilt, wird der Streukreisradius R einer solchen Anordnung für ein punktförmiges Objekt in paraxialer Näherung folgendermaßen beschrieben: For a special case, namely when the distance D = F + f holds, the scattering radius R describes such an arrangement for a point-like object in paraxial approximation as follows:
  • [0056] [0056]
    Dabei sind NA die numerische Apertur der fokussierenden optischen Elemente Here, NA is the numerical aperture of the focusing optical elements 3' 3 ' der Arrayanordnung the array arrangement 3 3 und and 6 6 die Auslenkung der reflektierenden Fläche aus der Nominalentfernung von der Arrayanordnung the deflection of the reflecting surface of the nominal distance from the array arrangement 3 3 . ,
  • [0057] [0057]
    Die Messempfindlichkeit kann dabei durch eine Vergrößerung der numerischen Aperturen und/oder Reduzierung der Brennweite der fokussierenden optischen Elemente The measurement sensitivity can be effected by increasing the numerical apertures and / or reduce the focal length of the focusing optical elements 3' 3 ' sowie auch durch die Vergrößerung der Brennweite F des kollimierenden optischen Elementes erreicht werden. be achieved as well as by increasing the focal length F of the collimating optical element.
  • [0058] [0058]
    Im Gegensatz zur Darstellung von In contrast to the presentation of 1 1 besteht aber auch die Möglichkeit lediglich eine Lichtleitfaser but it is also possible only an optical fiber 1 1 einzusetzen, aus der Licht einer Lichtquelle ausgekoppelt und über die aus kollimierendem optischen Element use, coupled out of the light from a light source and the optical collimating element from 2 2 und Arrayanordnung and array configuration 3 3 gebildete Abbildungsoptik auf die reflektierende Oberfläche imaging optics formed on the reflective surface 4 4 zu richten und von dort rückreflektiertes Licht in diese Lichtleitfaser einzukoppeln. to direct and reflected back from there to couple light into this fiber. Dabei ist eine solche Lichtleitfaser an einen Faserverzweiger/Lichtkoppler angeschlossen, so dass rückreflektiertes Licht auf den optischen Detektor auftreffen kann. In this case, such an optical fiber is connected to a Faserverzweiger / light coupler so that reflected-back light can be incident on the optical detector.
  • [0059] [0059]
    In In 2 2 ist ein Beispiel ebenfalls in schematischer Form gezeigt, bei dem eine Lichtleitfaser an example is also shown in schematic form, in which an optical fiber 1 1 , als Stufenindex-Multimodefaser mit einem Kerndurchmesser von 0,1 mm und einer numerischen Apertur von 0,25 eingesetzt worden ist. , Has been used as a step index multimode fiber having a core diameter of 0.1 mm and a numerical aperture of 0.25.
  • [0060] [0060]
    Die aus dieser Lichtleitfaser The optical fiber of this 1 1 ausgekoppelte Lichtstrahlung erreicht divergent, die das eine kollimierende optische Element emitted light radiation from reaching divergent that the collimating optical element 2 2 bildende plankonvexe Linse, deren konvexe Oberfläche asphärisch gekrümmt ist. forming plano-convex lens whose convex surface is aspherical curved. Die plankonvexe Linse ist eine kommerziell erhältliche asphärische Linse mit der Bezeichnung GELTECH 350240. The plano-convex lens is an aspherical lens, commercially available with the name Geltech 350,240th
  • [0061] [0061]
    Die Arrayanordnung The array arrangement 3 3 wird aus Zylinderlinsen, als fokussierende optische Elemente is of cylindrical lenses as focusing optical elements 3' 3 ' mit einem Abstand von 0,15 mm ihrer optischen Achsen jeweils zueinander und mit einer Brennweite von 0,2 mm ausgebildet. formed with a pitch of 0.15 mm of their optical axes to one another and each having a focal length of 0.2 mm. Die einzelnen Zylinderlinsen weisen eine numerische Apertur von 0,35 auf. The individual cylindrical lenses have a numerical aperture of 0.35. Dabei sind die konvex gekrümmten Flächen der Zylinderlinsen, als fokussierende optische Elemente Here are the convex surfaces of the cylindrical lenses as focusing optical elements 3' 3 ' bei diesem Beispiel in Richtung auf die reflektierende Oberfläche in this example, toward the reflective surface 4 4 ausgerichtet. aligned. Ihre Krümmung ist ebenfalls asphärisch mit einer konischen Konstante von – 2,3 ausgebildet. Its curvature is also aspherical with a conic constant of - 2.3 formed.
  • [0062] [0062]
    Von der reflektierenden Oberfläche From the reflective surface 4 4 reflektiertes Licht passiert diese Abbildungsoptik in umgekehrter Richtung. reflected light passes through these imaging optics in the reverse direction. So kann reflektiertes Licht in die de' zentrische Lichtleitfaser Thus, reflected light in the de 'centric optical fiber 5 5 , die in einem Abstand von 0,2 mm zur Lichtleitfaser Which for a distance of 0.2 mm optical fiber 1 1 angeordnet ist, und einen Kerndurchmesser von 0,2 mm mit einer numerischen Apertur von 0,37 aufweist, eingekoppelt werden. is arranged, and a core diameter of 0.2 mm with a numerical aperture of 0.37 which are coupled.
  • [0063] [0063]
    Ändert sich der Abstand der reflektierenden Oberfläche Does the distance of the reflecting surface 4 4 , so wird in Abhängigkeit der jeweilig auftretenden Abstandsänderung mehr oder weniger Licht in die Lichtleitfaser , As a function of the change in distance occurring respectively is more or less light into the optical fiber 5 5 eingekoppelt. coupled.
  • [0064] [0064]
    Eine durch Strahlverfolgung bestimmte Abhängigkeit der in die Lichtleitfaser A given by ray tracing dependence of the optical fiber 5 5 eingekoppelten Lichtin tensität von der jeweiligen Auslenkung/dem jeweiligen Abstand der reflektierenden Oberfläche coupled Lichtin intensity of the respective deflection / the respective distance of the reflecting surface 4 4 aus einem Sollabstand von 0,2 mm ist in Form eines Diagramms in from a target distance of 0.2 mm is in the form of a diagram in 3 3 dargestellt. shown.
  • [0065] [0065]
    In diesem Diagramm ist erkennbar, dass in einem linearen Arbeitsbereich, ausgehend von ca. 5 bis 10 μm eine erheblich erhöhte Steilheit der sich verändernden Lichtintensität infolge der erreichbaren Koppeleffizienz durch die erfindungsgemäß eingesetzte Abbildungsoptik zu verzeichnen ist, was sich in einer erhöhten Messempfindlichkeit widerspiegelt. In this diagram can be seen that in a linear operating range from about 5 to 10 microns significantly increased steepness of the changing light intensity is recorded as a result of the achievable coupling efficiency by inventively used imaging optics, which is reflected in an increased sensitivity.
  • [0066] [0066]
    Mit With 4 4 soll eine mögliche Ausführungsform, bei der zwei Lichtleitfasern is a possible embodiment in which two fibers 1 1 und and 5 5 um die optische Achse des kollimierenden optischen Elementes around the optical axis of the collimating optical element 2 2 dezentriert sind, gezeigt werden. are decentered, are shown. Dadurch kann erreicht werden, dass falls sich die reflektierende Oberfläche Thereby it can be achieved that, if the reflective surface 4 4 in einem vorgebbaren Sollabstand befindet, entweder eine Verkippung der reflektierenden Oberfläche is in a specified desired distance, either tilting the reflective surface 4 4 oder durch eine Dezentrierung der Lichtleitfaser or by a decentering of the optical fiber 5 5 , aus der Licht für die Bestrahlung der reflektierenden Oberfläche , From the light for the irradiation of the reflective surface 4 4 ausgekoppelt wird, in Bezug zur optischen Achse des kollimierenden optischen Elementes ein erhöhter Anteil an von der reflektierenden Oberfläche is coupled out, with respect to the optical axis of the collimating optical element, an increased proportion of from the reflective surface 4 4 reflektiertem Licht in die Lichtleitfaser reflected light into the optical fiber 5 5 eingekoppelt werden kann. can be coupled. So bewirkt auch eine Abstandsänderung der reflektierenden Oberfläche eine Reduzierung der in die Lichtleitfaser Thus, a change in distance of the reflecting surface causes a reduction in the optical fiber 5 5 eingekoppelten und mit dem optischen Detektor detektierbaren Intensität. coupled to the optical detector and detectable intensity.
  • [0067] [0067]
    Bei dem in In the in 5 5 gezeigten Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung sind zwischen fokussierenden optischen Elementen shown example of an arrangement according to the invention are between focusing optical elements 3' 3 ' , die hier Bestandteil einer Array-Anordnung That this part of an array arrangement 3 3 sind, Durchbrechungen are openings 7 7 bzw. and 7' 7 ' ausgebildet. formed. In nicht dargestellter Form können die fokussierenden optischen Elemente In a form not shown, the focussing optical elements can 3' 3 ' auch mit Abständen zueinander angeordnet sein, so dass zwischen ihnen Freiräume verbleiben. also be arranged with intervals to each other, so that free spaces remain between them.
  • [0068] [0068]
    Mit einer solchen Ausbildung einer erfindungsgemäßen Anordnung kann eine deutliche Verbesserung des Frequenzganges erreicht werden, da so ein Druckausgleich bei Abstandsänderungen der reflektierenden Oberfläche With such a design, an inventive arrangement can be achieved a significant improvement of the frequency response, since such a surge in changes in distance of the reflecting surface 4 4 erreichbar ist. is achievable. Insbesondere da die Abstände zwischen reflektierender Oberfläche In particular, since the distances between a reflecting surface 4 4 und den fokussierenden optischen Elementen and the focusing optical elements 3' 3 ' , insbesondere bei einer Array-Anordnung , In particular in an array arrangement 3 3 gering sind, kann sich das dazwischen vorhandene Luftpolster dämpfend auswirken. are low, the intervening existing air cushion can have a dampening effect. Mittels der Durchbrechungen By means of the perforations 7 7 , . 7' 7 ' oder entsprechenden Freiräumen kann dieser Nachteil behoben werden. or equivalent open spaces, this disadvantage can be eliminated.
  • [0069] [0069]
    Bei dem in In the in 5 5 gezeigten Beispiel ist zusätzlich ein strahlformendes optisches Element example shown is also a beam shaping optical element 6 6 zwischen dem kollimierenden optischen Element between the collimating optical element 2 2 und den fokussierenden optischen Elementen and the focusing optical elements 3' 3 ' , also hier der Array-Anordnung So here the array arrangement 3 3 vorhanden. available.
  • [0070] [0070]
    Mit diesem strahlformenden optischen Element This beam-shaping optical element 6 6 können Lichtverluste kompensiert werden, da so lediglich Bereiche der Array-Anordnung can be compensated for loss of light, as this only portions of the array arrangement 3 3 , auf denen fokussierende optische Elemente On which focusing optical elements 3' 3 ' angeordnet sind, beleuchtet werden und eine gezielte Lichtstrahlführung auf diese Bereiche erfolgt und dementsprechend Bereiche mit Durchbrechungen are arranged to be illuminated and a targeted light beam guidance on these areas is carried out and, accordingly, areas with openings 7 7 , . 7' 7 ' nicht beleuchtet werden. are not illuminated.
  • [0071] [0071]
    Neben dem im Beispiel nach den In addition to the example of the 5 5 und and 6 6 gezeigten strahlformenden Element beam-forming element shown 6 6 können auch ein oder auch mehrere diffraktive oder refraktive optische Elemente eingesetzt werden. may also contain one or more diffractive or refractive optical elements are used. Es besteht aber auch die Möglichkeit (nicht dargestellt) strahlformende Elemente in das kollimierende optische Element But it is also possible (not shown), beam-shaping elements in the collimating optical element 2 2 zu in tegrieren, so dass auf das zusätzliche Element to integrate into, so that the additional element 6 6 verzichtet werden könnte. could be dispensed with.
  • [0072] [0072]
    Beim gezeigten Beispiel wird eine Teleskop-Array-Anordnung eingesetzt. In the example shown a telescopic array device is used.
  • [0073] [0073]
    Mit der räumlichen perspektivischen Darstellung von With the spatial perspective representation of 6 6 wird deutlich, dass das strahlformende optische Element it is clear that the beam-shaping optical element 6 6 an zwei sich diametral gegenüberliegenden Oberflächen quadratische konvex und auf der gegenüberliegenden Seite konkav gewölbte Oberflächenbereiche to two diametrically opposite surfaces convex and square on the opposite side concave surface regions 6a 6a und and 6b 6b komplementär ausgebildet sind, die jeweils durch Menisken voneinander getrennt sind. are designed to be complementary, which are separated from each other by menisci.
  • [0074] [0074]
    So ist die Seite des strahlformenden optischen Elementes Thus, the side of the beam-shaping optical element 6 6 mit den konvex gewölbten Oberflächen with the convex surfaces 6a 6a in Richtung auf das kollimierende optische Element in the direction toward the collimating optical element 2 2 weisend und mit den konkav gewölbten Oberflächenbereichen looking and with the concave surface areas 6b 6b in Richtung auf die fokussierenden optischen Elemente in the direction of the focusing optical elements 3' 3 ' weisend angeordnet. pointing arranged.
  • [0075] [0075]
    Dabei können die gewölbten Oberflächenbereiche so angeordnet und dimensioniert werden, dass lediglich fokussierende optische Elemente Here, the curved surface portions can be so arranged and dimensioned that only focusing optical elements 3' 3 ' bestrahlt und Bereiche, in denen Durchbrechungen and irradiated areas in which openings 7 7 , . 7' 7 ' angeordnet sind, nicht bestrahlt werden. are arranged not to be irradiated.
Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
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US4411940 *12 Apr 198225 Oct 1983Trw Inc.Airfoil
Classifications
International ClassificationG01H9/00
Cooperative ClassificationG01H9/004
European ClassificationG01H9/00C
Legal Events
DateCodeEventDescription
7 Oct 20048100Publication of the examined application without publication of unexamined application
7 Apr 20058364No opposition during term of opposition
28 Apr 20058396Reprint of erroneous front page
30 Jun 20058396Reprint of erroneous front page